Hoofdstuk 1 - antimicrobial therapy
1. Geschiedenis
Compound 606: actief tegen syfilis (kiem Treponema pallidum)
• Lang de best beschikbare behandeling
• Introductie van chemotherapie
Alexander Fleming
Ontdekking van penicilline = goed AB à opletten voor resistentie!!
Onderverdeling
Onderverdeling van AB in 5 verschillende groepen volgens werkingsmechanisme:
1. Inhibitie van celwand synthese
2. Inhibitie van proteïne synthese
3. Inhibitie van DNA of RNA synthese
4. Inhibitie van foliumzuur synthese.
5. Membraan disruptie
2. Antibiotica die peptidoglycaan assemblage en integriteit blokkeren
Grampositieve bacterie
Gramnegatieve bacterie
Peptidoglycaanlaag zorgt ervoor dat cellen niet openbarsten. Het is een heel grote structuur en daardoor wordt het
in 3 fasen gesynthetiseerd.
Fasen van peptidoglycaanlaag (PG) synthese in S. Aureus (zie extra foto’s uit ‘bijlage’)
Fase I: cytoplasmatische aanmaak (cytoplasmamembraan à bij G- is dat niet buitenste maar binnenste!)
1. Start vanuti F6P à N-acetyl glucosamine gekoppeld aan UDP = belangrijk voor aanhechting membraan.
2. GlmSMU = complex van enzymes: zorgt voor F6P à NAG-UDP.
3. Door murAB: NAG-UDP à NAM-UDP à aan NAM kunnen 5 az komen.
Fase II: monomeer transporteren door membraan
1. Bactoprenol molecule = C55 à zit in membraan en is lipofiel à gaat met UDP binding maken waarbij UMP
eraf gaat.
2. NAM met 5 AZ hangt nu aan membraan.
3. N-acetylglucosamine (NAG) dat aan NAM gaat hangen en zijketen ontbreken nog à enzymen
4. Eerste enzym: NAG koppelen
5. Tweede enzym: zijketen aanhangen
6. Nu hebben we monomeer gekoppeld aan bactoprenol
7. Lipid I: NAM
1
, 8. Lipid II: NAM NAG
9. Flippase activiteit: monomeer van binnenkant zal naar buiten gaan.
10. AB kunnen op heel wat stappen hier inwerken.
Fase III: extracellulair à polymerisatie buiten membraan
Monomeer wordt gekoppeld aan het polymeer dat je aan het vormen bent:
1. Stap 1: transglycosylase (TGase) à suikers aan elkaar hangen, waarbij de fosfaten er eerst moeten afgaan.
2. De suikerketens zullen loskomen van de membraan à verkrijgen lange suikerketen met daar 5 AZen op en
een zijketen
3. Stap 2: transpeptidase (TPase) à 3-4 binding maken tussen AZen op verschillende suikerketens. TPase
enzym = serine enzym à bevat een OH-groep
4. Peptidase reactie: koolstof is delta neg à O- gaat ermee reageren à elektron komt vrij en gaat proton
nemen à 5e D-Ala gaat er af gaan à 4e D-Ala is gebonden met TPase. Amidebrug thv 4-5 binding is dus
essentieel à hier gebeurt de reactie
5. Andere suikerketen: NH2 met een vrij elektronenpaar à enzym gaat terug naar oorspronkelijke toestand en
je hebt de 3-4 binding.
6. TGase en TPase = belangrijke enzymen à spelen rol buiten de celmembraan à goed doelwit voor AB à
enzymen platleggen à er wordt geen sterke peptidoglycaanlaag gevormd à membraan schiet open.
7. Belangrijkste reactie voor AB is de TPase reactie.
Bactoprenol moet ook terug naar binnenzijde geraken, zodat deze een cyclus vormt. Bactoprenol is niets anders dan
een transportsysteem.
Penicilline-bindende proteïnes (PBPs)
• Afkomstig van 14C-gelabelde penicilline bindingscapactieit om enzymen te onderscheiden.
• Geclassificeerd volgens grootte bij elektroforese (PBP1, PBP2, …).
• Classificatie
o Hoog-moleculaire massa PBPs (HMM) (rood)
§ Essentieel om te kunnen overleven en groeien.
§ Functie: PG crosslinking
§ Klasse A: bifunctioneel enzym: naast transpeptidase is er ook enzym transglycosylase
aanwezig: enzymen in 1 eiwit.
§ Klasse B: transpeptidase en proteïne of oligosacharide domein, maar geen transglycosylase.
o Laag-moleculaire massa PBPs (LMM) (groen)
§ Niet-essentiële carboxypeptidasen en/of endopeptidasen
§ Functie: onderhouden, remodelleren, en recyclen van PG
• Carboxypeptidase vs transpeptidase
o Carboxypeptidase: H2O aanhangen à truncated peptidoglycaan
keten
o Transpeptidase: RNH2 aanhangen à crosslinked peptidoglycaan
keten
AB die inhibitie van celwand synthese geven
1. PG transpeptidase inhibitie: β-lactam AB
• Penicillines, cephalosporines, carbapenems, monobactams
2. Binding aan N-acyl-D-Ala-D-Ala termini: glycopeptides
• Vancomycin, teicoplanin
3. Sequesters van bactoprenol-PP
• Bacitracin
4. Mur enzym inhibitoren
• Fosfomycin
2
,β-lactam antibiotica
Mechanisme:
• Peptidoglycaan biosynthese in bacteriën
o Lichtblauw: TPase enzym
• Inhibitie door β-lactam AB
o Hebben β-lactam ring à zal open springen
o Grote sterische groep: zorgt ervoor dat glycine niet in
oorspronkelijke toestand kan komen
o TPase enzym = irreversibel gebonden met β-lactam AB à TPase
kan niet meer verder reageren
o Gevolg: suikerketens staan los van elkaar à celwand niet meer sterk genoeg à zal open springen à
er komt water binnen en celmembraan is niet sterk genoeg
o Penicilline lijkt heel hard op Acyl-D-Ala-D-Ala à GM of
inhibitor lijken meestal erg op substraat.
Eigenschappen
• Bevatten β-lactam ring: aan deze ring kunnen verschillende groepen hangen à
geeft onderverdeling van de β-lactam AB.
o Penicillines (eindigen op -cilline)
o Cephalosporines
o Carbapenemen: koolstof ipv zwavel
o Monobactam: alleen een β-lactam ring
• Zelfde werkingsmechanisme
• Bactericidaal: bacterie is dood
• Korte eliminatie halfwaardetijd à 2-3 keer per dag innemen
• Primair renaal geëlimineerd
• Kruisallergie: zo’n 5% van bevolking is allergisch voor penicilline.
1. Penicillines
1.1. β-lactamase gevoelige small spectrum penicillines
• Penicilline G of benzylpenicilline (natuurlijke penicilline)
o pH sensitief à IV administratie (bij oraal innemen via maag à kapot gaan à IV toedienen)
o Long-acting vormen: Procaine Pen G (= lokaal anestheticum) of Benzathine Pen G à wordt soms
hieraan gekoppeld, want heeft anders 2 problemen: snelle afbraak en bij inspuiting doet het pijn
• Penicilline V of phenoxymethyl penicillin
o Orale absorptie: 40-70%
o Door 1 atoom te veranderen kan je ervoor zorgen dat het wel stabiel is in de maag.
• Small spectrum
o Streptococci (>90% van staphylococci zijn resistent) à AB is al lang op de markt à bacteriën
hebben zich hiertegen resistent gemaakt.
o Staphylococcen: resistent want hebben enzym β-lactamase à kan β-lactamring afbreken.
o Neisseria meningitidis: kan niet door BHB à meningitis kan door veel kiemen veroorzaakt zijn dus
breed spectrum nodig.
o Gebruikt tegen syfilis.
o Spirocheten (T. pallidum, Leptospira)
1.2. β-lactamase resistente small spectrum penicillines
• Methicilline: niet meer in gebruik
o MRSA zijn resistent door een ander mechanisme dan β-lactamase
• Flucloxacilline
o Omvangrijke residuen op hun R zijketen à voorkomen binding door stahylococcal β-lactamasen.
3
, o Spectrum
§ Staphylococci en Streptococci
§ NIET actief tegen MRSA
o Gebruik
§ Orale behandeling van huidinfecties à bij nagelbijten: als de rode infectie verder gaat
dan de vinger helpt een zalf niet meer à orale behandeling nodig.
1.3. Aminopenicillines
• Amoxicilline
o Introductie van aminogroepen geven
§ Hoge graad van zuurstabiliteit
§ Verbeterde activiteit tegen gramnegatieven
o Orale absorptie: 75-90% à geeft een goede orale bio-beschikbaarheid à wordt daarom
veelvuldig gebruikt.
• β-lactamase-gevoelige penicilline
o Spectrum
§ Grampositieve bacteriën
§ H. influenzae en Enterobacteriaceae: E. coli, Salmonella, Shigella
§ Niet actief tegen P. aeruginosa (denk aan biofilms bij mucopatiënten)
o Spectrum is wel breder, maar β-lactamase gevoelig.
• Gebruik amoxicilline
o CAP (= community acquired pneumonia <-> HAP = hospital acquired pneumonia)
o Otitis media (middenoorontsteking) en rhinosinusitis (rond de neus, sinussen ontstoken, je ruikt
niet meer goed, ogen kunnen etter bevatten): if indicated
o Helicobacter pylori (deel van behandelingsschema): maagzweer
o Profylaxis van endocarditis (dentale behandeling): denk aan kunstkleppen met biofilm.
o Ziekte van lyme (niet als eerste optie)
• Gebruik van amoxicilline + clavulaanzuur
o Clavulaanzuur = β-lactamase inhibitor. Amoxilline = β-lactamase gevoelig à AB gebruiken bij
bacteriën met β-lactamase à clavulaanzuur bij geven
o Pneumonia voor patiënt met comorbiditeit of verlaagde immuniteit
• β -lactamases
o = enzymen geproduceerd door bacteriën die β-lactamring openmaken à bijna alle bacteriën
kunnen β-lactamases produceren.
o Hydrolyseren β-lactam AB
o Actieve site
§ Serine residu dat geacetyleerd wordt: Serine β-lactamases
• Moleculaire klasse: A, C en D
• Functionele groepen: 1 en 2
§ Een of twee zinkionen: Metallo-β-lactamases (MBLs)
• Moleculaire klasse: B
• Functionele groep: 3
o Serines kunnen geïnactiveerd worden door clavulaanzuur.
o MBLs kunnen geïnactiveerd worden door EDTA: in lipopolysachariden zitten fosfaatgroepen à
AB kan niet goed binnengaan à EDTA gaat Ca fosforyleren à antennes stoten elkaar af à AB
kan binnen gaan. EDTA zal hier MBLs inhiberen.
o β -lactamase inhibitors
§ Clavulaanzuur + amoxicilline: Amoxiclav®, Augmentin®
§ Tazobactam + piperacilline: Piperacilline/tazobactam®
4
1. Geschiedenis
Compound 606: actief tegen syfilis (kiem Treponema pallidum)
• Lang de best beschikbare behandeling
• Introductie van chemotherapie
Alexander Fleming
Ontdekking van penicilline = goed AB à opletten voor resistentie!!
Onderverdeling
Onderverdeling van AB in 5 verschillende groepen volgens werkingsmechanisme:
1. Inhibitie van celwand synthese
2. Inhibitie van proteïne synthese
3. Inhibitie van DNA of RNA synthese
4. Inhibitie van foliumzuur synthese.
5. Membraan disruptie
2. Antibiotica die peptidoglycaan assemblage en integriteit blokkeren
Grampositieve bacterie
Gramnegatieve bacterie
Peptidoglycaanlaag zorgt ervoor dat cellen niet openbarsten. Het is een heel grote structuur en daardoor wordt het
in 3 fasen gesynthetiseerd.
Fasen van peptidoglycaanlaag (PG) synthese in S. Aureus (zie extra foto’s uit ‘bijlage’)
Fase I: cytoplasmatische aanmaak (cytoplasmamembraan à bij G- is dat niet buitenste maar binnenste!)
1. Start vanuti F6P à N-acetyl glucosamine gekoppeld aan UDP = belangrijk voor aanhechting membraan.
2. GlmSMU = complex van enzymes: zorgt voor F6P à NAG-UDP.
3. Door murAB: NAG-UDP à NAM-UDP à aan NAM kunnen 5 az komen.
Fase II: monomeer transporteren door membraan
1. Bactoprenol molecule = C55 à zit in membraan en is lipofiel à gaat met UDP binding maken waarbij UMP
eraf gaat.
2. NAM met 5 AZ hangt nu aan membraan.
3. N-acetylglucosamine (NAG) dat aan NAM gaat hangen en zijketen ontbreken nog à enzymen
4. Eerste enzym: NAG koppelen
5. Tweede enzym: zijketen aanhangen
6. Nu hebben we monomeer gekoppeld aan bactoprenol
7. Lipid I: NAM
1
, 8. Lipid II: NAM NAG
9. Flippase activiteit: monomeer van binnenkant zal naar buiten gaan.
10. AB kunnen op heel wat stappen hier inwerken.
Fase III: extracellulair à polymerisatie buiten membraan
Monomeer wordt gekoppeld aan het polymeer dat je aan het vormen bent:
1. Stap 1: transglycosylase (TGase) à suikers aan elkaar hangen, waarbij de fosfaten er eerst moeten afgaan.
2. De suikerketens zullen loskomen van de membraan à verkrijgen lange suikerketen met daar 5 AZen op en
een zijketen
3. Stap 2: transpeptidase (TPase) à 3-4 binding maken tussen AZen op verschillende suikerketens. TPase
enzym = serine enzym à bevat een OH-groep
4. Peptidase reactie: koolstof is delta neg à O- gaat ermee reageren à elektron komt vrij en gaat proton
nemen à 5e D-Ala gaat er af gaan à 4e D-Ala is gebonden met TPase. Amidebrug thv 4-5 binding is dus
essentieel à hier gebeurt de reactie
5. Andere suikerketen: NH2 met een vrij elektronenpaar à enzym gaat terug naar oorspronkelijke toestand en
je hebt de 3-4 binding.
6. TGase en TPase = belangrijke enzymen à spelen rol buiten de celmembraan à goed doelwit voor AB à
enzymen platleggen à er wordt geen sterke peptidoglycaanlaag gevormd à membraan schiet open.
7. Belangrijkste reactie voor AB is de TPase reactie.
Bactoprenol moet ook terug naar binnenzijde geraken, zodat deze een cyclus vormt. Bactoprenol is niets anders dan
een transportsysteem.
Penicilline-bindende proteïnes (PBPs)
• Afkomstig van 14C-gelabelde penicilline bindingscapactieit om enzymen te onderscheiden.
• Geclassificeerd volgens grootte bij elektroforese (PBP1, PBP2, …).
• Classificatie
o Hoog-moleculaire massa PBPs (HMM) (rood)
§ Essentieel om te kunnen overleven en groeien.
§ Functie: PG crosslinking
§ Klasse A: bifunctioneel enzym: naast transpeptidase is er ook enzym transglycosylase
aanwezig: enzymen in 1 eiwit.
§ Klasse B: transpeptidase en proteïne of oligosacharide domein, maar geen transglycosylase.
o Laag-moleculaire massa PBPs (LMM) (groen)
§ Niet-essentiële carboxypeptidasen en/of endopeptidasen
§ Functie: onderhouden, remodelleren, en recyclen van PG
• Carboxypeptidase vs transpeptidase
o Carboxypeptidase: H2O aanhangen à truncated peptidoglycaan
keten
o Transpeptidase: RNH2 aanhangen à crosslinked peptidoglycaan
keten
AB die inhibitie van celwand synthese geven
1. PG transpeptidase inhibitie: β-lactam AB
• Penicillines, cephalosporines, carbapenems, monobactams
2. Binding aan N-acyl-D-Ala-D-Ala termini: glycopeptides
• Vancomycin, teicoplanin
3. Sequesters van bactoprenol-PP
• Bacitracin
4. Mur enzym inhibitoren
• Fosfomycin
2
,β-lactam antibiotica
Mechanisme:
• Peptidoglycaan biosynthese in bacteriën
o Lichtblauw: TPase enzym
• Inhibitie door β-lactam AB
o Hebben β-lactam ring à zal open springen
o Grote sterische groep: zorgt ervoor dat glycine niet in
oorspronkelijke toestand kan komen
o TPase enzym = irreversibel gebonden met β-lactam AB à TPase
kan niet meer verder reageren
o Gevolg: suikerketens staan los van elkaar à celwand niet meer sterk genoeg à zal open springen à
er komt water binnen en celmembraan is niet sterk genoeg
o Penicilline lijkt heel hard op Acyl-D-Ala-D-Ala à GM of
inhibitor lijken meestal erg op substraat.
Eigenschappen
• Bevatten β-lactam ring: aan deze ring kunnen verschillende groepen hangen à
geeft onderverdeling van de β-lactam AB.
o Penicillines (eindigen op -cilline)
o Cephalosporines
o Carbapenemen: koolstof ipv zwavel
o Monobactam: alleen een β-lactam ring
• Zelfde werkingsmechanisme
• Bactericidaal: bacterie is dood
• Korte eliminatie halfwaardetijd à 2-3 keer per dag innemen
• Primair renaal geëlimineerd
• Kruisallergie: zo’n 5% van bevolking is allergisch voor penicilline.
1. Penicillines
1.1. β-lactamase gevoelige small spectrum penicillines
• Penicilline G of benzylpenicilline (natuurlijke penicilline)
o pH sensitief à IV administratie (bij oraal innemen via maag à kapot gaan à IV toedienen)
o Long-acting vormen: Procaine Pen G (= lokaal anestheticum) of Benzathine Pen G à wordt soms
hieraan gekoppeld, want heeft anders 2 problemen: snelle afbraak en bij inspuiting doet het pijn
• Penicilline V of phenoxymethyl penicillin
o Orale absorptie: 40-70%
o Door 1 atoom te veranderen kan je ervoor zorgen dat het wel stabiel is in de maag.
• Small spectrum
o Streptococci (>90% van staphylococci zijn resistent) à AB is al lang op de markt à bacteriën
hebben zich hiertegen resistent gemaakt.
o Staphylococcen: resistent want hebben enzym β-lactamase à kan β-lactamring afbreken.
o Neisseria meningitidis: kan niet door BHB à meningitis kan door veel kiemen veroorzaakt zijn dus
breed spectrum nodig.
o Gebruikt tegen syfilis.
o Spirocheten (T. pallidum, Leptospira)
1.2. β-lactamase resistente small spectrum penicillines
• Methicilline: niet meer in gebruik
o MRSA zijn resistent door een ander mechanisme dan β-lactamase
• Flucloxacilline
o Omvangrijke residuen op hun R zijketen à voorkomen binding door stahylococcal β-lactamasen.
3
, o Spectrum
§ Staphylococci en Streptococci
§ NIET actief tegen MRSA
o Gebruik
§ Orale behandeling van huidinfecties à bij nagelbijten: als de rode infectie verder gaat
dan de vinger helpt een zalf niet meer à orale behandeling nodig.
1.3. Aminopenicillines
• Amoxicilline
o Introductie van aminogroepen geven
§ Hoge graad van zuurstabiliteit
§ Verbeterde activiteit tegen gramnegatieven
o Orale absorptie: 75-90% à geeft een goede orale bio-beschikbaarheid à wordt daarom
veelvuldig gebruikt.
• β-lactamase-gevoelige penicilline
o Spectrum
§ Grampositieve bacteriën
§ H. influenzae en Enterobacteriaceae: E. coli, Salmonella, Shigella
§ Niet actief tegen P. aeruginosa (denk aan biofilms bij mucopatiënten)
o Spectrum is wel breder, maar β-lactamase gevoelig.
• Gebruik amoxicilline
o CAP (= community acquired pneumonia <-> HAP = hospital acquired pneumonia)
o Otitis media (middenoorontsteking) en rhinosinusitis (rond de neus, sinussen ontstoken, je ruikt
niet meer goed, ogen kunnen etter bevatten): if indicated
o Helicobacter pylori (deel van behandelingsschema): maagzweer
o Profylaxis van endocarditis (dentale behandeling): denk aan kunstkleppen met biofilm.
o Ziekte van lyme (niet als eerste optie)
• Gebruik van amoxicilline + clavulaanzuur
o Clavulaanzuur = β-lactamase inhibitor. Amoxilline = β-lactamase gevoelig à AB gebruiken bij
bacteriën met β-lactamase à clavulaanzuur bij geven
o Pneumonia voor patiënt met comorbiditeit of verlaagde immuniteit
• β -lactamases
o = enzymen geproduceerd door bacteriën die β-lactamring openmaken à bijna alle bacteriën
kunnen β-lactamases produceren.
o Hydrolyseren β-lactam AB
o Actieve site
§ Serine residu dat geacetyleerd wordt: Serine β-lactamases
• Moleculaire klasse: A, C en D
• Functionele groepen: 1 en 2
§ Een of twee zinkionen: Metallo-β-lactamases (MBLs)
• Moleculaire klasse: B
• Functionele groep: 3
o Serines kunnen geïnactiveerd worden door clavulaanzuur.
o MBLs kunnen geïnactiveerd worden door EDTA: in lipopolysachariden zitten fosfaatgroepen à
AB kan niet goed binnengaan à EDTA gaat Ca fosforyleren à antennes stoten elkaar af à AB
kan binnen gaan. EDTA zal hier MBLs inhiberen.
o β -lactamase inhibitors
§ Clavulaanzuur + amoxicilline: Amoxiclav®, Augmentin®
§ Tazobactam + piperacilline: Piperacilline/tazobactam®
4
