¿ Qué hay de nuevo en Antimicrobianos ?

Jorge Aníbal Daniel Corzo Pineda Pediatra Neonatólogo, M. en C. M.

En 2001, Joshua Lederberg acuñó el término:

"microbioma, que significa la comunidad ecológica de microorganismos

comensales, simbióticos y patógenos que literalmente

ocupan nuestro espacio corporal"…

The NIH HMP Working Group, Peterson J, Garges S et al. The NIH Human Microbiome Project. Genome Res 2009; 19: 2317 – 23.

Microbioma Humano

Premio Nóbel 1958 1925 - 2008

Hasta el inicio de este siglo las técnicas de cultivo bacteriano eran la principal forma de evaluar los microbios en nuestro organismo.

Abraham C, Cho JH. Bugging of the intestinal mucosa. New Eng J Med 2007; 357: 708 - 10.

Microbioma Humano

Gran parte de las bacterias observadas a través del microscopio no pueden aislarse en el laboratorio.

El estudio del microbioma ha contribuído a desarrollar técnicas metagenómicas complejas de secuenciación del DNA bacteriano y a comprender su entorno.

Modificado de: Murgas Torrazza R. The altered gut microbiome and necrotizing enterocolitis. Clin Perinatol 2013; 40; 93 - 108

Microbioma Intestinal Diversidad y aislamiento.

Cultivadas Sin Aislamiento

Proteobacteria

Fusobacteria

Bacteroidetes

Cyanobacteria

Espiroquetas

Actinobacteria

Lentisphaerae

Verrucomicrobia

Otros Firmicutes

Grupos Clostridium IX

Grupos Clostridium XIVa

Grupos Clostridium XI

Grupos Clostridium XIII

Grupos Clostridium XV

Grupos Clostridium IV

Grupos Clostridium III

Clostridiales II sin cultivar

Clostridiales I sin cultivar

Grupos Clostridium I

Euryachaeota

Ascomycota 0.10

124

12

136

2

57

3

134

40

276

31

8

5

212

7

27

36

27

3

9

Microbioma Humano

1013 células humanas

+

Genoma ( 23,000 genes )

1014

microorganismos

MICROBIOMA ???

Metaboloma Blaser MJ. Nature 2007; 449: 843 – 50. Blaser MJ. EMBO 2006; 7: 956 – 60. Blaser MJ. PNAS 2010; 107: 125 - 6

10% Humanos 90% Bacterias

¿dónde estamos?

¿ NUEVA ?

RESISTENCIA A ANTIBIÓTICOS

Los antibióticos se desarrollaron para matar microorganismos.

El empleo clínico de los antibióticos a partir del siglo pasado, disminuyó la morbilidad y mortalidad

causada por enfermedades infecciosas.

Resistencia bacteriana Concepto tradicional

La resistencia bacteriana se detectó casi al mismo tiempo que el descubrimiento de los antibióticos.

Los microorganismos desarrollan y diseminan su resistencia como una reacción a los antibióticos de acuerdo con las leyes de la evolución y selección natural

Las Bacterias inventaron los antibióticos hace billones de años.

Resistencia a Antibióticos.

La resistencia antibiótica es el resultado primario de la adaptación bacteriana a eones de exposición antibiótica.

Spellberg B, Bartlett JG, Gilbert GD. The future of Antibiotics and Resistance. New Engl J Med 2013; 368: 299 – 302.

La resistencia antibiótica existía en todo el planeta Tierra AÚN antes de la invención de los antibióticos sintéticos en el Siglo XX.

Desde la perspectiva bacteriana todos los sitios de acción antibiótica son “VIEJOS”.

Modificado de: Bhullar K. Antibiotic Resistance Is Prevalent in an Isolated Cave Microbiome. PLoS ONE 2012; 7(4): e34953. doi:10.1371/journal.pone.0034953

Mecanismos de resistencia a diversos antibióticos Caverna Lechuguilla ( 20 µg/mL)

Gram positivas

Gram negativas

Penders J. The human microbiome as a reservoir of antimicrobial resistance. Frontiers in Microbiology 2013 (Apr 17) 4: article 87: 1 – 7. doi 10.3389

Microbioma Reservorio de Resistencia

USS-DB-5

Fluoroquinolonas Resistencia Co-Zn-Cd

Heces fecales Humanas

Clases de Resistencia

Endógena Producida por el patógeno por mutación o

selección.

Exógena

Transmisión a patógenos a partir de

microorganismos no patógenos por transmisión

genética horizontal.

Silver LL. Challenges of antibacterial discovery. Clinical Microbiology Reviews 2011; 24: 71 – 109.

PLÁSMIDOS

McKane L. / Kandel J., Microbiology; 1985; 280.

Davis/Dulbecco/Eisen/Ginsberg/Wood, Microbiology, 2nd. Ed. 1973; 195.

Y… ¿Cuáles son los

principales mecanismos de resistencia?

Mecanismos de Resistencia

Alteraciones en permeabilidad de membrana

Bombeo de Antibiótico al exterior.

Inactivación enzimática

Modificación del sitio blanco

Familia MATE

Expulsión múltiple Drogas y compuestos

tóxicos

Aminoglucósidos Fluroquinolonas

Drogas Catíónicas

Super Familia Facilitadores

mayores

Acriflavina Benzalkonio Cetrimida

Clorhexidina Pentamidina

Familia Multiresistencia estafilocóccica

Acriflavina Benzalkonio Cetrimida

Familia División

Resistencia Nodular

Múltiples Drogas

Super Familia Cassette de Unión ATP

Múltiples Drogas

MEMBRANA

CITOPLASMA

MEM

BRANA

EXTERNA

TolC

H+

H+

H+ Na+ ATP ADP +Pi

Modificado de: Pidock LJV: Clinically relevant chromosomally encoded multidrug resistance efflux pumps in bacteria. Clinical Microbiology Reviews 2006; 19: 382 – 402.

Mecanismos de Resistencia Bacteriana Bombeo del antibiótico al exterior

RNA Proteínas Subunidades Ribosoma Ensamblado

L1 L2 L3 5S

23S

50S

16S

30S

70S

S1 S2 S3

23S 5S

16S

( 2900 bases ) ( 120 bases )

( 1540 bases )

( Total 31 )

( Total 21 )

Modificado de: Edelstein PH: Pneumococcal Resistance to Macrolides, Lincosamides, Ketolides, and Streptogramin B Agents: Molecular Mechanisms and Resistance Phenotypes. Clinical Infectious Diseases 2004; 38(Suppl 4): S322 – 7.

Mecanismos de Resistencia Bacteriana Modificación del Sitio de Acción

Inducción de bombas de expulsión y modificación

ribosomal

Cambios temporales en la proporción de Streptococcus resistente a macrólidos después del empleo de Azitromicina y Claritromicina

Modificado de: Malhotra-Kumar S. Effect of azithromycin and clarithromycin therapy on pharyngeal carriage of macrolide-resistant streptococci in healthy volunteers: a randomised, double-blind, placebo-controlled study.Lancet 369(9560), 482-490 (2007).

Cambios temporales en la frecuencia de genes para resistencia a macrólidos y tetraciclina en Streptococcus

Modificado de: Malhotra-Kumar S. Effect of azithromycin and clarithromycin therapy on pharyngeal carriage of macrolide-resistant streptococci in healthy volunteers: a randomised, double-blind, placebo-controlled study.Lancet 369(9560), 482-490 (2007).

Inactivación enzimática

Modificado de: Kong K-F, Schneper L, Mathee K. Beta-lactam antibiotics: from antibiosis to resistance and bacteriology. APMIS 2010; 118: 1–36.

- Bacterias Gram negativas producen β-lactamasas y las almacenan en vesículas localizadas en su membrana externa.

Schaar V. Group A streptococci are protected from amoxicillin-mediated killing by vesicles containing β- lactamase derived from Haemophilus influenzae. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 2014; 69: 117 - 20.

Estreptococo enemigo latente Resistencia a antibióticos Vesículas membrana externa

- Haemophilus influenzae y Moraxella catarrhalis, producen estas vesículas .

- El efecto sobre Amoxicilina de la β-lactamasa producida por H. influenzae es superior al de M. catarrhalis .

- Hidrolizan amoxicilina en grandes concentraciones (4 a 16 veces mayores que la concentración plasmatica).

Estreptococo enemigo latente Resistencia a antibióticos Vesículas membrana externa

Tomada de: Schaar V. Moraxella catarrhalis outer membrane vesicles carry β-lactamase and promote survival of Streptococcus pneumoniae and Haemophilus influenzae by inactivating amoxicillin. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 2011; 55 (8): 3845 – 53.

Ácido clavulánico Sulbactam

Inactivadores de β-Lactamasas

Bush K. β-Lactamase Inhibitors from Laboratory to Clinic. Clinical Microbiology Reviews 1988; 1: 109 -23 Shlaes DM. New β-Lactam-β-lactamase inhibitor combinations in clinical development. Ann N. Y. Acad. Sci. 2013; 1277: 105 – 14.

Tazobactam

Inactivadores de β-Lactamasas

Bush K. β-Lactamase Inhibitors from Laboratory to Clinic. Clinical Microbiology Reviews 1988; 1: 109 -23

Inhibición Reversible

Inhibición Irreversible

Ácido Clavulánico

* Molécula suicida (se destruye al entrar en contacto con beta-lactamasas)

* Requiere diferente concentración para ejercer su efecto

* Aumenta 11 a 42 veces la producción de beta-lactamasas

* Selecciona cepas resistentes productoras de beta-lactamasas

Bush K. β-Lactamase inhibitors from laboratory to clinic. Clin Microbiol Rev 1988; 1: 109 – 23.

5800x

7800x

Membrana externa

Espacio periplásmico

Peptidoglicano

Membrana interna

Citoplasma

Muramil Péptido??

Pentapéptido- disacárido

Tripéptido- disacárido UDP-

Pentapéptido- disacárido

Mecanismo de Inducción de β-Lactamasas

Inhibidor β lactamasas

β lactámico

Modificado de: Kong K-F, Schneper L, Mathee K. Beta-lactam antibiotics: from antibiosis to resistance and bacteriology. APMIS 2010; 118: 1–36.

El Estreptococo A una bacteria

¿ teledirigida ?

Estreptococo A Factores de Virulencia y mecanismos de ataque

Modificado de: Steer AC. Group A streptococcal infections in children. Journal of Paediatrics and Child Health 2007; 43: 203 – 13. Filleron A. Current insights in invasive group A streptococcal infection in pediatrics. Eur J Pediatr 2012; 171: 1589 – 98. Liu M. Group A Streptococcus secreted esterase hydrolizes platelet-activating factor to impede neutrophil recruitment and facilitate innate immune evasion. PLoS pathogens 2012; 8: e1002624.

Célula Huésped

HLA Susceptibilidad a enfermedad invasiva

Adhesión Celular

Internalización

- Ácido Lipoteicóico - Proteína M - Proteínas de unión a Fibronectina - Sc1A y 1B - Otras Adhesinas

- Proteína M - Proteínas de unión a Fibronectina

Factor Regulador Producción

VIRULENCIA

Mutaciones rgg

csrS/csrR (covRS)

Invasión Celular - Ácido Lipoteicóico - Proteína M

Diseminación Tisular

- Estreptoquinasa - Hialuronidasa - Cistin Proteasa SpeB - DNAasa - C5a peptidasa

Estimulación de la

cascada inflamatoria

Super Antígenos

Otros - C5a peptidasa - Cistin Proteasa SpeB - Ácido Lipoteicóico - Estreptolisina O - Proteína M

Resistencia a las Defensas del Huésped

- Ácido Hialurónico - Proteína M - Estreptolisinas O y S - Estreptodornasa - C5a peptidasa - Chemoquin proteasa estreptocóccica - Inhibidor del complemento estreptocóccico - Cistin Proteasa SpeB - DNAasa - SOD - Mac (inhib. opsonisación) - Endo S e IdeS (efecto IgG) - Acetilhidrolasa (Esterasa) inhibidora del factor de agregación plaquetario (PAF)

- Exotoxinas pirogénicas estreptocóccicas (SpeA, C, G, H, J, K, L) - Exotoxina mitogénica estreptocóccica Z (SMEZ-1, SMEZ – 2 - Superantígeno estreptocóccico - Inhibidor del complemento estreptocóccico

National Geographic Magazine. Enero 2013

¿ Siempre habrá nuevos antibióticos?

Fin de la sobreproducción: La dinámica del mercado de antibióticos

no promueve la investigación.

• Mercado altamente saturado con productos de efecto similar

• El éxito de los nuevos productos se basa en innovación o diferenciación.

• La mayoría de los médicos maneja 2 a 3 productos que le son familiares

• Aumento en competencia de Genéricos.

• Dificulta desarrollo de nuevos productos debido a la competencia por precio.

• Infecciones agudas con tratamientos de corta duración.

• Resulta en bajo ingreso por cada paciente manejado.

• Las Compañías farmacéuticas prefieren desarrollar fármacos para el manejo de pacientes crónicos

• La resistencia hace renuentes a los médicos de centros hospitalarios a prescribir nuevos antibióticos.

• Al final los utilizan cuando las alternativas terapéuticas se han agotado.

Saturación del Mercado

Enfermedad de naturaleza aguda

Aumento en Genéricos

Aumento en la Resistencia

INVESTIGACIÓN LIMITADA

Aminoglucósido: PLAZOMICINA

Macrólidos. CETHROMICINA y SOLITHROMICINA

Cefalosporinas: CEFTOBIPROLE , CEFTAROLINE, CEFTOLOZANE

Β-Lactámico monocíclico: BAL30072

Antibióticos en investigación.

Bush K. Improving Known classes of antibiotics: an optimistic approach for the future. Curr Op Pharmacol 2012; 12 ( 5 ); 527 - 34. Moir DT. New classes of antibiotics. Curr Op Pharmacol 2012; 12 ( 5 ); 535 - 44. Bassetti M, New Antibiotics for bad bugs: where are we? Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials 2013; 12: 22 - 36.

Inhibidores TAZOBACTAM + CEFTOLOZANE; MK-7655 + IMIPENEM, β-lactamasas AVIBACTAM + CEFTAZIDIMA/CEFTAROLINE, ME 1071.

Quinolonas: DELAFLOXACINA, NEMONOXACINA, JNJ-Q2, BESIFLOXACINA

Oxazolidinonas: FOSFATO DE TEDIZOLID y RADEZOLID

Carbapenem: DORIPENEM, BIAPENEM, PANIPENEM, ME 1036, RAZUPENEM, TEBIPENEM, TOMOPENEM

Polimixina: CB-182, 804BAL30072

Pleuromotulina: BC-3781

Glicopéptidos: DALVAVANCIN, ORITAVANCINA, TELAVANCIN

Tetraciclina : ERAVACICLINA

¿ Algo Nuevo ?

¿ Otras substancias con diferente efecto

antibiótico?

Membrana externa

Membrana interna

Peptidoglicano

Espacio Periplásmico

Β-Lactamasa

Ribosoma

Β-Lactámico

Oligopéptido Híbrido

Modulación de producción de β-Lactamasas

Modificado de: Woodford N, Wareham DW on behalf of the UK Antibacterial Antisense Study Group. Tackling antibiotic resistance: a dose of common antisense? Journal of Antimicrobial Chemotherapy 2009; 63: 225 – 9.

Wang J. Ancient Antimicrobial peptides kill antibiotic- resistant pathogens: Australian Mammals provide new options. PLoS ONE 2011; 6: e24030

Catelicidinas

Actividad antibiótica Catelicidinas

Wang J. Ancient Antimicrobial peptides kill antibiotic- resistant pathogens: Australian Mammals provide new options. PLoS ONE 2011; 6: e24030

Actividad antibiótica Catelicidinas

Wang J. Ancient Antimicrobial peptides kill antibiotic- resistant pathogens: Australian Mammals provide new options. PLoS ONE 2011; 6: e24030

Xiuwen Y. The cathelicidin-like peptide derived from panda genome is a potential antimicrobial peptide. 中国科技论文在线

Actividad antibiótica Catelicidinas

Bloqueo de Síntesis de ATP bacteriano

Balemans W. Novel Antibiotics targeting respiratory ATP Synthesis in Gram-Positive Pathogenic Bacteria. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 2012; 56: 4131 - 9

TMC207

Bloqueo del Quorum Sensing

Bhardwaj AK. Bacterial Quorum Sensing Inhibitors: Attractive alternatives for Control of Infectious pathogens showing multiple drug resistance. Recent Pat Antiinfect Drug Discov 2013. Feb 1

Inducción de apoptosis Bacteriana

Cho. The novel biological action of antimicobial peptides via apoptosis induction. J Microbiol Biotechnol 2012; 22 ( 11 ): 1457 – 66.

Antibióticos Nano-formulados

Marques Saúde AC. Nanoformulated antibiotics: The next step for pathogenic bacteria control. Current Medical Chemistry 2013; 20: 1232 – 40.

Potera C: Phage Renaissance. New Hope Against Antibiotic Resistance Enviromental Health Perspectives 2013; 121: A48 – 53.

Fagos vs Bacterias Resistentes

jordancorzo@telmexmail.com