MİKROORGANİZMALARIN ANTİMİKROBİYAL MADDELER İLE KONTROLÜ Ders 9 Doç.Dr. Evrim GÜNEŞ ALTUNTAŞ
ÜREME ÜZERİNE ANTİMİKROBİYALLARIN ETKİSİ
1 MIC (MINIMUM INHIBITORY CONCENTRATION) 3 2
MIC: test organizmasının üremesini engelleyen en düşük madde konsantrasyonudur. Tüm koşullar aynı olduğunda (inokulum miktarı, besiyeri kompozisyonu, inkübasyon zamanı ve sıcaklığı vb.) farklı antimkrobiyal maddelerin etkinliği kıyaslanabilir. MIC In vitro olarak kullanılan kimyasal antimikrobiyallar (sterilantlar, dezenfektanlar, sanitizatörler, antiseptikler )! Bir önceki ders!!! In vivo olarak kullanılan antimikrobiyal etkenler: sentetik ya da metabolit olarak bulunan pek çok antimikrobiyal madde enfeksiyonların tedavisinde kullanılmaktadır.
SENTETİK ANTİMİKROBİYAL İLAÇLAR Kemoterapötik madde Seçici toksisite: 1900, Ehrlich, kimyasal boya, frengi tedavisi, SALVARSAN. Arsenik içeren salvarsan, başarılı sonuçlar sergilemiştir.
SÜLFA İLAÇLAR Deneysel hayvanlarda streptokokal hastalıkların tedavisinde pek çok kimyasal maddenin taranması sonucunda keşfedilmişlerdir. Sülfanilamit (folik asitin bir parçası olan p-aminobenzoik asit analoğudur); Folik asit sentezini bloke eder. Sülfanilamit Bazı bakterilerde folik asit sentezi yerine dışardan alım şeklinde direnç gelişmiştir. Sulfahaxazole + Trimethoprim = İki ayrı mutasyon ile folik asit sentez yolağının inhibisyonu. Trimethoprim
IZONIAZID Mycobacterium tuberculosis Nikotinamid analoğudur. Hücre duvarı bileşeni olan mikolik asit sentezine müdahale eder.
NÜKLEİK ASİT ANALOGLARI Flor veya Brom ile Flourourasil: Urasil e benzer Bromourasil: Timin e benzer Viral ve fungal enfeksiyonların tedavisinde kullanılır. Fluorourasil Bromourasil Timin Urasil
QUINOLONLAR Bakteriyel DNA giraz enzimine müdahale ile DNA nın süperhalkasal yapısının oluşmasına engel olurlar. Nalidiksik asitin siproflaksasin gibi FLUOROQUINOLENE türevleri insanlarda idrar yolları enfeksiyonlarının tedavisinde sıklıkla kullanılır. Siproflaksasin; B.anthracis kaynaklı şarbon hastalığının tedavisinde yaygın kullanılır. DNA giraz enzimi tüm bakterilerde bulunur; fluoroquinolene lar Gr (+) ve (-) tüm bakterilerde etkilidir. Siproflaksasin yapısı
Doğal / Yarı sentetik Funguslar veya bakteriler üretir Bilinen antibiyotiklerin yalnızca %1 i klinik olarak anlamlı. Geniş spektrumlu antibiyotikler: Gr (+) ve Gr (-) lere Dar spektrumlu antibiyotikler; bir grup mikroorganizmaya etkilidir. Antibiyotiklerin hedefleri genellikle; ribozomlar, hücre duvarı, sitoplazmik zar, DNA replikasyonu ve transkripsiyonudur. ANTİBİYOTİKLER
Ribozomlarla etkileşim Streptomisin; protein sentezinin başlangıç aşamasında etkilidir. Puromisin, kloramfenikol, siklohegzimit, tetrasiklin ise proteinlerin uzama aşamasını engeller. *Puromisin ribozomun A bölgesine bağlanıp, polipeptit zinciri ile birlikte RNA dan ayrılırken, kloramfenikol, peptit bağı oluşumunu engeller. Streptomisin bakteriler üzerine etkili iken, siklohegzimit ökaryotlarda daha etkilidir. PROTEİN SENTEZİNİ ETKİLEYEN ANTİBİYOTİKLER
RNA sentezinin engellenmesi TRANSKRİPSİYONU ETKİLEYEN ANTİBİYOTİKLER Rifampin ve streotovarisin RNA polimeraz enziminin β-alt ünitesine bağlanır. Aktinomisin, DNA ile bir araya gelip RNA elongasyonunu bloke ederek RNA sentezini durdurur.
PENİSİLİNLER (BETA-LAKTAM ANTİBİYOTİKLERİ) Yapılarında beta-laktam halkası bulunur. Bu grupta bulunan penisilinler ve sefalosporinler dünyada kullanılan antibiyotiklerin yarısını oluşturmaktadır. Penisilin G (Penicillium chrysogenum) streptokokal ve pneumokokal enfeksiyonlarda oldukça etkili. Penisilin Gr (+) lere karşı etkindir. Yarı sentetik penisilinlerden olan amfisilin ve karbenisilin ise Gr (-) lere etkilidir. Yarı sentetik penisilinlerde N-açil gruptaki yapısal farklılıklar bu antibiyotiklerin Gr (-) lerin hücre duvarından geçebilmesine olanak sağlar. Penisilin amfisilin Beta-laktam grubu N-açil grubu
BETA-LAKTAM ANTİBİYOTİKLERİN ETKİ MEKANİZMASI Penisilin; transpeptidasyon sentezini engeller. Vankomisin; peptidoglikan öncülerindeki terminal D-alanil-Dalanin peptit yapısına bağlanır.
SEFALOSPORİNLER (BETA-LAKTAM ANTİİYOTİKLERİ) Cephalosporium sp. (fungus)tarafından üretilir. Penisilinden farkı; 5-üyeli tiyazolidin halkası yerine 6-üyeli dihidrotiyazin halkası içerirler. Etki mekanizması penisilin ile aynı olup, etkinliği daha yüksektir. Nesisseria gonorrhoeae kaynaklı enfeksiyon tedavisinde yaygın kullanılır. Beta-laktamaz enzimine dirençlidir.
PROKARYOTLARDAN ELDE EDİLEN ANTİBİYOTİKLER Aminoglikozitler Streptomisin Kanamisin Gentamisin Makrolitler Eritromisin Klaritromisin Azitromisin Tetrasiklinler Klorotetrasiklin Oksitetrasiklin
AMİNOGLİKOZİTLER Glikozidik bağlarla bağlı amino şekerleri içerir. Streptomisin (Streptomyces griseus), kanamisin, neomisin, gentamisin, vb. Protein sentezi sırasında ribozmonun 30S alt ünitesine bağlanarak engel olurlar. Gram negatifler üzerinde oldukça etkilidirler. Kullanımı sınırlı; bakteriler kolayca direnç mekanizması geliştirebilir ve nörotoksisite ve nefrotoksisite yan etkileri olabilir.
MAKROLİTLER Şeker moleküllerine bağlı büyük lakton halkası içerirler. Eritromisin (Streptomyces erythreus), diritromisin, klaritromisin, azitromisin. Ribozomun 50S alt ünitesinde aktivite gösterir. Lejyonelloz tedavisinde etkili ve penisilin alerjisi olanlarda kullanımı yaygın. Makrosiklik lakton halkası Eritromisin
TETRASİKLİNLER Geniş spektrumlu antibiyotiklerdendir. Nafitasin halka sistemi Klorotetrasiklin klor içerirken, oksitetrasiklin hidroksil gruba sahiptir. Ribozomun 30S alt ünitesinin fonksiyonuna engel olur.
DAPTOMİSİN Streptomyces sp. Lipopeptit Stafilakoklar ve streptokokların tedavisinde Bakteriyel hücre zarına bağlanarak, depolarizasyona sebep olur. Bu mekanizmaya karşı direnç mekanizması söz konusu değildir.
Kategori/ilaç Etki mekanizması Etkilenen virüs Füzyon inhibitörü (Enfuvirtid) HIV-lenfosit zar füzyonunu inhibe eder HIV İnterferonlar Nöraminidaz inhibitörleri (Oseltamivir) Non-Nükleozit ters transkriptaz inhibitörü (Nevirapine) Viral replikasyonu engelleyen proteinleri uyarır Influenza nöraminidaz enziminin aktif bölgesini bloke eder Ters transkriptaz inhibitörü ANTİVİRAL İLAÇLAR Geniş spektrum Influenza A ve B Nükleozit analogları (Asiklovir) Viral polimeraz inhibitörleri Herpes virüsleri Nükleozit analogları (Abakavir) Ters transkriptaz inhibitörleri HIV, Hepaptit B Nükleotit analogları (sidofovir) Viral polimeraz inhibitörü HIV Proteaz inhibitörleri (Amprenavir) Viral polimeraz inhibitörleri HIV Pirofosfat analoğu (Fosfonoformik asit) Viral polimeraz inhibitörü Herpesvirüs, HIV, Hepatit B RNA polimeraz inhibitörü (rifamisin) RNA polimeraz inhibitörü Vaccinia, poks virüsü Sentetik aminler (Amantadin) Viral uncoating engelleyicisi Influenza A HIV
Nükleozit analogları Başarılı sonuçlar Zidovudin ve azidotimidin HIV ANTİVİRAL KEMOTERAPÖTİK AJANLAR Ters transkripsiyonu ve viral kodlu DNA ara ürün üretimini bloke eder * Non-nükleozit ters transkriptaz inhibitörü olan Nevirapin doğrudan ters transkriptaz enzimine bağlanır. * Fosfonoformik asit (pirofosfat analogu) ise internükleotit bağlarını engeller. * Proteaz inhibitörleri, HIV proteaz enziminin aktif bölgesine bağlanırlar. * Füzyon inhibitörü olan enfuvirtid ise HIV in gp41 zar proteinine bağlanan 36 aminoasitlik sentetik peptitten ibarettir. Dolayısıyla viral ve hedef T lenfosit hücre zarlarının füzyonu için gereken konformasyonel değişiklikler durur.
INFLUENZA ANTİVİRAL AJANLAR Amantadin ve rimantadin (adamantan türevleri); influenza A iyon transport proteinlerine müdahale ederek virüs kılıfının açılmasına ve replikasyon işlemine engel olur. Oseltamivir ve Zanamivir (Nöraminidaz inhibitörleri); influenza A ve B virüslerinde nöraminidaz enziminin aktif bölgesini bloke ederek virüsün enfekte hücreden çıkmasına engel olur.
İNTERFERONLAR (SİTOKİNLER) Normal hücrelerde antiviral protein üretimini harekete geçirerek viral multiplikasyonuna engel olan düşük moleküler ağırlıklı proteinlerdir. İnterferon α (lökositler üretir) İnterferon β (fibroblastlar üretir) İnterferon γ (immün lenfositler üretir)
Canlı virüs, viral nükleik asitler, radyasyon ile inaktive olmuş virüsler interferon üretimini teşvik eder. Aynı zamanda doğal ya da yapay çift zincir RNA molekülleri de interferon üretimini teşvik eder. Çift zincir RNA formu rhinovirüs (soğuk virüs) gibi belli bazı RNA virüsleri ile enfekte olmuş hücrelerde bulunur. İnterferonlar virüs-spesifik değil, konakçı-spesifiktir. Yani üretilen interferon aynı tür organizmada etkilidir ve farklı virüsler üzerinde etkin olabilir. İnterferonlar antiviral etkinin yanısıra antikanser ajanlardır. İNTERFERONLAR (SİTOKİNLER) İnterferonların aktivitesinin ilgili bölgede gözlenmesi için bölgeye lokal olarak yüksek konsantrasyonda ulaştırılması gerekir.
ANTİFUNGAL İLAÇLAR Kategori Hedef Örnekler Kullanımı Alilaminler Ergosterol sentezi Terbenafin Ağızdan, topikal Aromatik antibiyotik Mitoz inhibitörü Griseofulvin Ağızdan Azoller Ergosterol sentezi Klortrimazol, Flukonazol, Ketokonazol Ağızdan, Topikal Kitin sentez inhibitörü Kitin sentezi Nikomisin Z Deneysel Ekinokandinler Hücre duvarı sentezi Kaspofungin Damar içi Nükleik asit analogları DNA sentezi 5-florositosin Ağızdan Polyenler Ergosterol sentezi Amfoterisin B Ağızdan, damar içi Polioksinler Kitin sentezi Polioksin A ve B Tarımsal
ERGOSTEROL İNHİBİTÖRLERİ 1. Polyenler: Streptomyces tarafından üretilirler, ergosterole bağlanıp zar fonksiyonuna engel olurlar. 2. Azoller ve alilaminler: ergosterol biyosentezini engellerler.
EKİNOKANDİNLER Fungal hücre duvarında bulunan glukan polimer sentezleyicisi 1,3 beta-dglukan sentetaz enzimini inhibe ederler (bu enzim memeli hücrelerinde yok!!!) Candida vb. enfeksiyonlarda etkili.
DİĞER ANTİFUNGAL AJANLAR Funguslarda ve böceklerde bulunan KİTİN yapısını hedef alan ilaçlar sözkonusudur. Bunlardan POLİOKSİNLER in klinik uygulaması yoktur ancak tarımsal anlamda etkilidirler. Antifungal ilaç geliştirmek ve kullanımı oldukça zordur. Bazı funguslar ilaç kullanımın ardından direnç mekanizması kazanmaktadır (ÖR: Candida) Grisefulvin: Mitoz bölünme sırasında mikrotübül kümeleşmesini bozar. 5-florositozin: Nükleik asit sentez inhibitörü. Vinkristin, Vinblastin, Toksol vb. etkili antifungaller, aynı zamanda antikanser özellikteler
ANTİMİKROBİYAL İLAÇ DİRENCİ VE DİRENÇ MEKANİZMALARI Antibiyotiklerin, üreticisi mikroorganizmada aynı zamanda direnç genleri de bulunur. Bu genler yakın türler arasında aktarılabilen genetik materyallerdir. Direnç mekanizmaları: 1. Organizma antibiyotiğin hedeflediği bölgeye sahip değildir. (Mycoplasma gibi bakterilerde hücre duvarı yok-penisilin etkileşimi yok) 2. Organizma antibiyotiğe karşı geçirgen değildir. (Gr (-) lerin penisilin G geçirmezlik durumu) 3. Organizma antibiyotiği inaktif forma dönüştürme yeteneğindedir. (stafilokoklarda Betalaktamaz örneği) 4. Organizma antibiyotiğin hedefini modifiye edebilir. 5. Organizma dirençli biyokimyasal yol geliştirebilir. (sülfanomit ilaçlara karşı folik asit sentezini durdurur). 6. Organizma hücre içerisine giren antibiyotiği dışarıya pompalama yeteneğine sahip olabilir.
R-PLAZMİTLERİ İlaç inaktive edici enzimler ya da ilacı hücre içine almayan sistemlerin sentezini kodlayan ya da ilecı hücre dışına pompalayan sistemlerin kodlu olduğu plazmitlerdir. Aminoglikozit antibiyotikleri (kanamisin, streptomisin vb.) direnç geni taşıyan organizmalar tarafından fosforilasyon, asetilasyon, adenilasyon ile etkisiz hale getirilir. Penisilinlere dirençli sistemlerde ise Beta-laktamaz enzimi aktive edilir. R-plazmitleri genllikle çoklu direnç mekanizmalarına sahiptir!!!
Metisilin dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) Vankomisin dirençli Enterococcus tuberculosis Vankomisin dirençli Mycobacterium tuberculosis ANTİBİYOTİKLERE DİRENÇLİ PATOJENLER Bilindik tüm antibiyotiklere karşı direnç mekanizmaları mevcuttur!!! Antibiyotik direnci, dirençli mutantların ortaya çıkma şansı olmadan önce mikrobiyel popülasyonu azaltacak şekilde sadece ve sadece ilaçların hassas hastalıkların tedavisinde kullanıldığı durumlarda yeterince yüksek dozlarda ve yeterli zaman uzunluğunda verildiğinde asgariye inebilir!!! Bazı araştırmalarda; belirli bir antibiyotiğin kullanımının durdurulup, yıllar sonra uygun bir plan içerisinde yeniden kullanılması durumunda antibiyotiğe direnç durumunun eski haline dönebileceği belirtilmektedir.
ANTİMİKROBİYAL İLAÇ DİRENCİNİN ENGELLENMESİ (12 AŞAMALI CDC YÖNERGESİ) 1. Bağışıklık kazanma 8. Kolonizasyonu değil enfeksiyonu tedavi edin 9. Patojeni elemine edecek en az egzotik olan yolu tercih edin 2. Kateter gibi parenteral ekipman kullanımını sınırlandırma 7. Kontaminasyonu değil, enfeksiyonu tedavi edin 10. Gerekmediği zamanlarda antibiyotik tedavisini durdurun 3. Patojenin hedeflenmesi 6. Bölgesel veriyi kullanma 11. Patojeni izole edin 4. Uzmanlara ulaşma 5. Antimikrobiyal kontrol uygulaması 12. Bulaşma zincirini kırın
YENİ ANTİMİKROBİYAL İLAÇ GELİŞTİRİLMESİ Yeni antimikrobiyallar araştırılabilir Varolan antimikrobiyal üzerinde yapısal değişiklikler ile analoglar geliştirilebilir. Conbinatorial kimya!!! Örneğin; 4 farklı tetrasiklin R grubunda değişiklik yapmak amacıyla 5 farklı reaktif kullanılırsa (5x5x5x5)= 625 farklı türev oluşturulabilir. İn vitro denemeler ile bu bileşiklerin mikroorganizmalar üzerindeki faaliyeti araştırılır. Farmasötikal endüstride etkin bir ilaç keşfi için tahminen 7 milyon aday bileşik inclenir!!! Bir bileşiğin ilaç olarak sunulması için 3 aşamadan geçmesi gerekir; 1. Laboratuvar aşaması 2. Hayvan denemeleri 3. İnsan denemeleri Her yıl 4 milyar Dolar para harcanır! İlaç keşfi öncesinde harcanan zaman 10-25 yıl! Bir ilaç keşfine kadar para; 500 milyon dolar!
BİLGİSAYAR TEMELLİ İLAÇ TASARIMI Saquinavir keşfi! HIV öncü proteininin yerini değiştiren ve virüsün olgunlaşmasına engel olan peptit analoğu. Proteaz inhibitörü olan Saquinavir
90 yıldan bu yana bakteriyofajlar hayvanlarda enfeksiyonları tedavi amacıyla kullanılırlar. İnsanlarda ise son yıllarda bu yönde yapılan çalışmalar artmaktadır. Fakat bakterilerin direnç mekanizmalarında oluşan gelişmeler ve mutasyonlar nedeniyle bu tedavi yöntemi geçerliliği çok uzun sürmeyebilir! BAKTERİYOFAJLARIN ENFEKSİYON DURUMUNDA KULLANIMI