1
Antibiotica die de celwandsynthese storen
Algemene inleiding
Stadia in de biosyntheseweg van de bacteriële celwand:
1) Precursoren UDP-GlcNAc en (UDPMurNAc-pentapeptide) gevormd in cytoplasma.
2) Precursoren getransfereerd naar undecaprenylfosfaat en zo door cytoplasmamembraan getransporteerd.
3) Transglycosylatiereactie waarbij groeiende glycaanketen getransformeerd wordt van zijn lipidencarrier naar het nieuw gevormde disacharide pentapeptide.
➔ geremd door de glycopeptiden (vancomycine/ teicoplanine)
4) Groeiende glycaanketens vastgehecht aan bestaande peptidoglycaan netwerk door transpeptidasereactie
➔ geremd door de ß-lactam antibiotica (penicillines, cefalosporines, monabactams, carbepenems)
Glycopeptiden β-lactam-antibiotica HANDBOEK!!
Algemeen Vancomycine, teicoplanine - Karakteristiek: β-lactamring
(grote hydrofiele moleculen) - Onderverdeeld in 4 deelgroepen:
Penicillines
Centrale Cefalosporines
structuur Carbapenems (β-lactam-AB met ultrabreed werkingsspectrum)
glycopeptide AB Monobactams
- Alleen werkzaam tegen actief metaboliserende en groeiende bacteriën
(dus bacteriën in groeifase)
- Werking is (traag) bactericide
Subgroepen -> zie dia’s!! p 97-108
Werkings- - Vormen complexen met peptidoglycaanprecursoren: Interfereren met biosynthese vd peptidoglycaanlaag vd bacteriële celwand
Mechanisme vormen H-bruggen met het eindstandige D-alanyl-D- ➔ Belangrijke rol voor:
alaninegedeelte van de pentapeptiden - D,D-transpeptidase : crosslinking tussen aanliggende peptidoglycaanketens in groeiende
→ verhinderen op sterische wijze de incorporatie van celwand
deze precursoren in de celwand - Endopeptidase : vernietigt de peptidenbindingen afkomstig vd transpeptidase-activiteit ->
(vooral transglycosylatie reactie gehinderd) creëert zo nieuwe groeiplaatsen voor de peptidoglycaanketen
- Kunnen niet door cytoplasmamembraan: - D,D-carboxypeptidase: hydrolyseert eindstandig D-Ala-D-Ala met vrijzetting van één D-Ala -
binden doelmolecule nadat die getransloceerd werd > zo potentiële transpeptidaseplaats vernietigd -> zo graad van brugvorming vh
via de undecaprenyl-lipidencarrier peptidoglycaan controleren
→ accumulatie van cytoplasmatische precursor
©Elise Vanoverschelde
, 2
- Trage bactericide werking (bij enterokokken β-lactam antibiotica inhiberen D,D-transpeptidase en D,D-carboxypeptidase door covalente
bacteriostatisch) binding aan de enzymen → celwand afzwakken → Cellyse, gemedieerd door autolytische
enzymen (autolysines) (bacterie openbarsten door osmotische druk)
D,D-transpeptidase, D,D-carboxypeptidase = penicilline-bindinde proteïnen (PBP)
β-lactam-AB binden aan PBP’s
PBP’s specifiek voor bacteriële soort en aantal variabel
Verschillen in activiteit vd verschillende β-lactam-AB op diverse soorten bacteriën: te
wijten aan verschil in penetratiesnelheid en affiniteit voor verschillende PBP’s
Resistentie- - Bij enterokokken Drie mechanismen :
Mechanisme Tegen vancomycine en teicoplanine (Van A) 1) Productie van β-lactamasen die AB vernietigen
Tegen alleen vancomycine (Van B) - Bij nagenoeg alle soorten bacteriën
Genen op plasmiden of chromosoom - Meeste G+: gevoelig gebleven voor penicilline, omdat R-plasmide niet kunnen
(De genetische elementen die coderen voor de opnemen, uitzondering is Staphylococcus aureus
resistentie: Van A, Van B, Van C, Van D, Van E)
Stafylokokken (G+): penicillinase is zeer verspreid, gecodeerd door plasmide dat
Vorming van peptidoglycaanprecursoren met een
uitsluitend binnen dit genus wordt overgebracht;
verlaagde affiniteit: terminaal D-alanine vervangen
dit penicillinase actief gesecreteerd in omgeving → penicilline uitwendig geïnactiveerd
door D-lactaat (D-Ala-D-Lac vervangt D-Ala-D-Ala)
→ klein percentage resistente kiemen kan hele populatie van gevoelige soortgenoten
(deze substitutie verhindert binding vh AB)
beschermen
Niet frequent maar toenemend, uitbraken
- Bij stafylokokken (zeldzaam!) - G- : uitgebreid gamma, β-lactamasen gelegen in periplasmatische ruimte (dus in bacterie
Intermediair (VISA of GISA, meestal) of volledig zelf) → beschermen alleen de individuele cel
VRSA - Twee ≠ soorten classificatie-systemen:
zeer dikke peptidoglycaanstructuur (mechanisme? Indeling volgens Ambler (A,B,C,D) op basis van aminozuursamenstelling vd β-
Nog niet gedefinieerd) lactamasen
(VISA = vancomycin intermediate S. aureus Indeling volgens Bush op basis van substraat en inhibitor vd β-lactamase,
GISA = glycopeptide intermediate S. aureus groepering zodat er een correlatie mogelijk is met fenotype
VRSA = vancomycin resistant S. aureus) ▪ Groep 1: cefalosporinasen (= enzymen die cefalosporines afbreken)
▪ Groep 2: breed-spectrum, inhibitor-resistente, en extended-spectrum β-
lactamasen en serine carbapenemasen
▪ Groep 3: metallo-β-lactamasen
- Serine β-lactamasen: klasse A,C,D
Bevatten serine-residu dat interageert met carbonylgroep van β-lactamring
Klasse A:
▪ Plasmidaal
©Elise Vanoverschelde
, 3
▪ TEM-type (vele varianten), oa ESBL
(= extended spectrum β-lactamasen, de gemuteerde TEM-β-lactamasen
(actief tegen cefalosporines en penicillines)
▪ Penicillinase in S. aureus: actieve secretie
Klasse C:
▪ Chromosomaal, gewoonlijk induceerbaar of constitutief in kleine
hoeveelheden
▪ Door veelvuldig gebruik van 3e generatie cefalosporines: uitselectie van
constitutieve mutanten
(produceren in sterke mate permanent cefalosporinase, dus hooggradig resistent tegen alle
cefalosporines (inclusief monobactams))
- Metallo β-lactamasen = β-lactamasen van klasse B
Gebruiken een divalent metaalion, meestal zink, gebonden aan histidine- of
cysteïneresidu of beide, om te reageren met carbonylgroep vd amidebinding
Actief tegen meeste penicillines, cefalosporines en carbapenems
(niet tegen monobactams)
(→ zeer breed spectrum AB)
-
2) PBP-gemedieerde resistentie:
Productie van nieuwe celwandactieve PBP’s met verminderde affiniteit voor β-lactam AB
of overproductie van bestaande PBP’s
- Methicilline resistente Staphylococcus aureus (MRSA = ziekenhuisbacterie)
➔ Produceert nieuw PBP (2’) met volgende eigenschappen:
Aangemaakt in grote hoeveelheden
-> AB volledig overspoeld en taak niet meer kunnen doen
100-1000x lagere affiniteit voor β-lactam-AB
- In oa. Haemophilus influenzae, Neisseria gonorhoeae, Streptococcus pneumoniae,
Staphylococcus epidermidis
3) Verandering van membraanpermeabilitiet
→ Verminderde penetratie doorheen celwand
- G- : verandering doorlaatbaarheid buitenmembraan
door verandering of verlies van porineproteïnen
Farmaco- - Niet geresorbeerd na orale toediening - Sommige enkel parenteraal, andere ook oraal
Kinetiek - Relatief zwakke penetratie in weefsels en CSV - Goede penetratie meeste weefsels, behalve CSV
(grote polaire moleculen) - Excretie: meestal via nieren
- Eiwitbinding: 10-55% voor vancomycine, >95% voor - T1/2: 1-2 uren
teicoplanine
©Elise Vanoverschelde
Antibiotica die de celwandsynthese storen
Algemene inleiding
Stadia in de biosyntheseweg van de bacteriële celwand:
1) Precursoren UDP-GlcNAc en (UDPMurNAc-pentapeptide) gevormd in cytoplasma.
2) Precursoren getransfereerd naar undecaprenylfosfaat en zo door cytoplasmamembraan getransporteerd.
3) Transglycosylatiereactie waarbij groeiende glycaanketen getransformeerd wordt van zijn lipidencarrier naar het nieuw gevormde disacharide pentapeptide.
➔ geremd door de glycopeptiden (vancomycine/ teicoplanine)
4) Groeiende glycaanketens vastgehecht aan bestaande peptidoglycaan netwerk door transpeptidasereactie
➔ geremd door de ß-lactam antibiotica (penicillines, cefalosporines, monabactams, carbepenems)
Glycopeptiden β-lactam-antibiotica HANDBOEK!!
Algemeen Vancomycine, teicoplanine - Karakteristiek: β-lactamring
(grote hydrofiele moleculen) - Onderverdeeld in 4 deelgroepen:
Penicillines
Centrale Cefalosporines
structuur Carbapenems (β-lactam-AB met ultrabreed werkingsspectrum)
glycopeptide AB Monobactams
- Alleen werkzaam tegen actief metaboliserende en groeiende bacteriën
(dus bacteriën in groeifase)
- Werking is (traag) bactericide
Subgroepen -> zie dia’s!! p 97-108
Werkings- - Vormen complexen met peptidoglycaanprecursoren: Interfereren met biosynthese vd peptidoglycaanlaag vd bacteriële celwand
Mechanisme vormen H-bruggen met het eindstandige D-alanyl-D- ➔ Belangrijke rol voor:
alaninegedeelte van de pentapeptiden - D,D-transpeptidase : crosslinking tussen aanliggende peptidoglycaanketens in groeiende
→ verhinderen op sterische wijze de incorporatie van celwand
deze precursoren in de celwand - Endopeptidase : vernietigt de peptidenbindingen afkomstig vd transpeptidase-activiteit ->
(vooral transglycosylatie reactie gehinderd) creëert zo nieuwe groeiplaatsen voor de peptidoglycaanketen
- Kunnen niet door cytoplasmamembraan: - D,D-carboxypeptidase: hydrolyseert eindstandig D-Ala-D-Ala met vrijzetting van één D-Ala -
binden doelmolecule nadat die getransloceerd werd > zo potentiële transpeptidaseplaats vernietigd -> zo graad van brugvorming vh
via de undecaprenyl-lipidencarrier peptidoglycaan controleren
→ accumulatie van cytoplasmatische precursor
©Elise Vanoverschelde
, 2
- Trage bactericide werking (bij enterokokken β-lactam antibiotica inhiberen D,D-transpeptidase en D,D-carboxypeptidase door covalente
bacteriostatisch) binding aan de enzymen → celwand afzwakken → Cellyse, gemedieerd door autolytische
enzymen (autolysines) (bacterie openbarsten door osmotische druk)
D,D-transpeptidase, D,D-carboxypeptidase = penicilline-bindinde proteïnen (PBP)
β-lactam-AB binden aan PBP’s
PBP’s specifiek voor bacteriële soort en aantal variabel
Verschillen in activiteit vd verschillende β-lactam-AB op diverse soorten bacteriën: te
wijten aan verschil in penetratiesnelheid en affiniteit voor verschillende PBP’s
Resistentie- - Bij enterokokken Drie mechanismen :
Mechanisme Tegen vancomycine en teicoplanine (Van A) 1) Productie van β-lactamasen die AB vernietigen
Tegen alleen vancomycine (Van B) - Bij nagenoeg alle soorten bacteriën
Genen op plasmiden of chromosoom - Meeste G+: gevoelig gebleven voor penicilline, omdat R-plasmide niet kunnen
(De genetische elementen die coderen voor de opnemen, uitzondering is Staphylococcus aureus
resistentie: Van A, Van B, Van C, Van D, Van E)
Stafylokokken (G+): penicillinase is zeer verspreid, gecodeerd door plasmide dat
Vorming van peptidoglycaanprecursoren met een
uitsluitend binnen dit genus wordt overgebracht;
verlaagde affiniteit: terminaal D-alanine vervangen
dit penicillinase actief gesecreteerd in omgeving → penicilline uitwendig geïnactiveerd
door D-lactaat (D-Ala-D-Lac vervangt D-Ala-D-Ala)
→ klein percentage resistente kiemen kan hele populatie van gevoelige soortgenoten
(deze substitutie verhindert binding vh AB)
beschermen
Niet frequent maar toenemend, uitbraken
- Bij stafylokokken (zeldzaam!) - G- : uitgebreid gamma, β-lactamasen gelegen in periplasmatische ruimte (dus in bacterie
Intermediair (VISA of GISA, meestal) of volledig zelf) → beschermen alleen de individuele cel
VRSA - Twee ≠ soorten classificatie-systemen:
zeer dikke peptidoglycaanstructuur (mechanisme? Indeling volgens Ambler (A,B,C,D) op basis van aminozuursamenstelling vd β-
Nog niet gedefinieerd) lactamasen
(VISA = vancomycin intermediate S. aureus Indeling volgens Bush op basis van substraat en inhibitor vd β-lactamase,
GISA = glycopeptide intermediate S. aureus groepering zodat er een correlatie mogelijk is met fenotype
VRSA = vancomycin resistant S. aureus) ▪ Groep 1: cefalosporinasen (= enzymen die cefalosporines afbreken)
▪ Groep 2: breed-spectrum, inhibitor-resistente, en extended-spectrum β-
lactamasen en serine carbapenemasen
▪ Groep 3: metallo-β-lactamasen
- Serine β-lactamasen: klasse A,C,D
Bevatten serine-residu dat interageert met carbonylgroep van β-lactamring
Klasse A:
▪ Plasmidaal
©Elise Vanoverschelde
, 3
▪ TEM-type (vele varianten), oa ESBL
(= extended spectrum β-lactamasen, de gemuteerde TEM-β-lactamasen
(actief tegen cefalosporines en penicillines)
▪ Penicillinase in S. aureus: actieve secretie
Klasse C:
▪ Chromosomaal, gewoonlijk induceerbaar of constitutief in kleine
hoeveelheden
▪ Door veelvuldig gebruik van 3e generatie cefalosporines: uitselectie van
constitutieve mutanten
(produceren in sterke mate permanent cefalosporinase, dus hooggradig resistent tegen alle
cefalosporines (inclusief monobactams))
- Metallo β-lactamasen = β-lactamasen van klasse B
Gebruiken een divalent metaalion, meestal zink, gebonden aan histidine- of
cysteïneresidu of beide, om te reageren met carbonylgroep vd amidebinding
Actief tegen meeste penicillines, cefalosporines en carbapenems
(niet tegen monobactams)
(→ zeer breed spectrum AB)
-
2) PBP-gemedieerde resistentie:
Productie van nieuwe celwandactieve PBP’s met verminderde affiniteit voor β-lactam AB
of overproductie van bestaande PBP’s
- Methicilline resistente Staphylococcus aureus (MRSA = ziekenhuisbacterie)
➔ Produceert nieuw PBP (2’) met volgende eigenschappen:
Aangemaakt in grote hoeveelheden
-> AB volledig overspoeld en taak niet meer kunnen doen
100-1000x lagere affiniteit voor β-lactam-AB
- In oa. Haemophilus influenzae, Neisseria gonorhoeae, Streptococcus pneumoniae,
Staphylococcus epidermidis
3) Verandering van membraanpermeabilitiet
→ Verminderde penetratie doorheen celwand
- G- : verandering doorlaatbaarheid buitenmembraan
door verandering of verlies van porineproteïnen
Farmaco- - Niet geresorbeerd na orale toediening - Sommige enkel parenteraal, andere ook oraal
Kinetiek - Relatief zwakke penetratie in weefsels en CSV - Goede penetratie meeste weefsels, behalve CSV
(grote polaire moleculen) - Excretie: meestal via nieren
- Eiwitbinding: 10-55% voor vancomycine, >95% voor - T1/2: 1-2 uren
teicoplanine
©Elise Vanoverschelde
