Antibiotiques

 

Antibiotiques Q375

Bactériostase, Bactéricidie, CMI, Résistances

Modes d'action

• Facteurs d’activité

• Interaction Cible - ATB : évaluée sur l’affinité de la cible pour l’ATB

• Elle règle la concentration d’antibiotique nécessaire au contact de la cible

• Cible = Elément de la bactérie (enzymes, molécules structurales de la membrane, ADN, ptn …) que l’interaction avec cet ATB va modifier de façon spécifique pour inhiber son activité, modifier ses propriétés ou ses fonctions. Elle est svt spécifique d’une classe d’antibiotique.

• Activité bactériostatique si c’est un élément bactérien essentiel à la division de la bactérie => diminution de la croissance bactérienne sans phase de destruction, le nombre de bactéries reste égal à celui de l'inoculum.

• Activité bactéricide : Si cet élément est en + essentiel à la vie de la bactérie => Activité d'un ATB qui entraîne la mort accélérée des bactéries en fonction de sa concentration et de son délai d'action.

• Risque théorique de toxicité cellulaire car :

• Il existe des cibles non spécifiques des bactéries (acides nucléiques, ribosomes) mais pour les ATB développés en Mie infectieuse l’affinité pr les cibles eucaryotes est très inférieure à celle de la cible bactérienne.

• Cpdt la Bléomycine est utilisé comme chimiothérapie mais fait partie de la classe des ATB (protocole BEP, …)

• Résistance naturelle d’une espèce bactérienne à un ATB : ne possède pas la cible.

• Pénétration intrabactérienne

• 1^ière condition à remplir pour un ATB afin d’atteindre sa cible, elle est limitée par la paroi bactérienne.

• La perméabilité de la paroi est très différente d’une espèce bactérienne à l’autre.

• Gram négatif : Mb externe présente ds leur paroi est une barrière de perméabilité naturelle surtout pour les substances hydrophobes et de grande taille.

• Gram positif : paroi constituée de peptidoglycane n’est pas une barrière de perméabilité pour les ATB.

• Elimination de l’ATB : Inactivation enzymatique ou excrétion de l’ATB : "se concentrer au contact de la cible"

• Pour avoir une activité, l’ATB doit se fixer sur sa cible et y rester fixé à une concentration suffisante

• Concentration intrabactérienne de l’ATB est la résultante de la vitesse de la pénétration (entrée) et de la vitesse de l’élimination (inactivation et excrétion) de celui-ci.

• Physiologie du mode d’action

• Toutes les fonctions de la vie bactérienne ou presque peuvent être modifiées par les ATB : le + svt, un ATB ne modifie qu’une seule fonction et tous les ATB d’une même famille modifient la même fonction physiologique.

• L’association de 2 ATB inhibant la même fonction peut être synergique. Par contre, l’association d’ATB d’une même famille ayant la même cible n’est généralement pas synergique.

• 2 principaux modes d’action

• Action sur la paroi bactérienne^Q

• Β lactamines^Q: se fixent sur des enzymes responsables de la synthèse de la paroi (PLP : ptn liant la pénicilline)

• Glycopeptides^Q : bloque la transpeptidation et la synthèse du peptidoglycane en se fixant sur un précurseur

• Fosfomycine : inhibe la synthèse intracytoplasmique du peptidoglycane

• Polymyxines^Q : lésion de la mb cytoplasmique => Actif exclusivement sur les BGN

• Action sur le métabolisme de la bactérie

• Synthèse des acides nucléiques

• Synthèse de l’ADN

• Inhibe les ADN topoisomérases dont l'ADN gyrase : Quinolones et fluoroquinolones

• Action sur l’hydrofolate réductase et permet ainsi d’inhiber la synthèse de folate et dc de purine : Sulfamides, Cotrimoxazole = sulfamides + triméthoprime

• Fragmentation de la double hélice d’ADN : Imidazolés

• Synthèse de l’ARN :

• Se fixe à l'ARN polymérase ADN dépendante : Rifamycines

• Synthèse des protéines^Q

Fixation sur la sous unité 30 S	Fixation sur la sous unité 50 S
Aminoside Tetracycline	Macrolide et apparentés (Lincosamides et synergistines) Acide fucidique Phénicolés (bloque aussi la peptidyl transférase) Tetracycline (30 et 50 s ?)

ATB bacteriostatiqQ

Macrolide, Lincosamide et synergistine Tétracycline Sulfamide Acide fusidique PhénicoléQ Ethambutol

ATB bactericideQ CMI proche de CMB

β lactamine Aminoside Fluoroquinolone Cotrimoxazole (sulf + trim) Rifamycine Glycopeptide Fosfomycine Nitro-Imidazolé Polymycine ColistineQ

• Mesure de l’activité d’un antibiotique

• Mesure de l’activité bactériostatique par la concentration minimale inhibitrice :CMI

• CMI d’1 ATB pr une bactérie : la + petite concentration qui inhibe la croissance de la bactérie (blocage division)

• A cette concentration, la taille de l’inoculum bactérien est égale en absence ou en présence de l’ATB.

• En pratique, l’activité bactériostatique est mesurée par l’antibiogramme.

• Mesure de la bactéricidie par la CMB (conc min bactericide) et le TMB (temps minimal bactéricide)

• CMB d’1 ATB pr une bactérie : la + petite concentrat° qui inhibe la croissance et tue la bactérie. L’activité bactéricide d’un ATB n’est remarquable que lorsque 99,99 % des bactéries de l’inoculum sont tuées.

• TMB : C’est le tps de contact qu’il faut entre inoculum bactérien et ATB pr observer une activité bactéricide.

• Parmi les ATB bactéricides, on distingue ceux à :

• Activité bactéricide : concentration-dépendant

• L’augmentation des concentrations de l’ATB provoque une augmentation de l’activité bactéricide

• Aminoside et fluoroquinolone

• En pratique, on cherchera donc à obtenir des pics de concentration élevés

• Activité bactéricide : temps-dépendant.

• L'augmentation du temps de contact entre l’ATB et la bactérie accroît l’activité bactéricide

• -lactamines, glycopeptides

• En pratique, on cherchera donc à obtenir une concentration constante > CMB pendant plusieurs heures.

• Tolérance bactérienne à un ATB

• L'activité bactéricide est diminuée voire abolie alors que l'activité bactériostatique est inchangée

• La tolérance peut être naturelle ou acquise

Résistance bactérienne aux antibiotiques

• définitions

• Résistance naturelle : Résistance d'un ATB présente au sein d'une famille, d'un genre ou d'une espèce bactérienne par absence de cible pour l’antibiotique. Elle est normale et définit une espèce bactérienne sauvage.

• Résistance acquise : Apparition de résistance d'un ATB au sein d'espèces bactériennes primitivement sensibles. Elle est anormale et dépend de la présence de l’antibiotique (pression de sélection).

• Résistance clinique : Evolution clinique défavorable d'une infection sous ttt ATB dont la principale cause est la résistance microbiologique.

• Résistance microbiologique : Possibilité pour une bactérie de se multiplier in vitro en présence de concentration bactéricide supérieure à celle qui permet normalement d'inhiber la croissance des bactéries de la même espèce

• Mécanismes

• Défaut d’affinité entre cible bactérienne et ATB

• Résistance naturelle :

• La cible peut être absente. Ex : Mycoplasmes, bactéries sans paroi qui sont naturellement résistantes aux ATB inhibant la synthèse de la paroi (B-lactamines, glycopeptide et fosfomycine)

• Le défaut d’affinité peut être lié à la structure de la cible.

• La structure d’une enzyme-cible est le + svt différente d’une espèce bactérienne à l’autre ce qui entraîne parfois de grandes différences d’affinité pour un ATB.

• Ex : Résistance naturelle des staphylocoques et des streptocoques aux quinolones

Résistance naturelle des entérocoques aux céphalosporines.

• Résistance acquise :

• Modification de la structure de la cible^Q

• Secondaire à une mutation d’un gène de structure => substitution d’un acide aminé pour un autre => modifie la structure primaire, secondaire et tertiaire de la ptn au niveau du site d’interaction avec l’ATB.

• Ex : résistance acquise à la rifampicine et aux quinolones de toutes les bactéries

• Ex : résistance acquise des mycobactéries à tous les ATB

• Enzyme modificatrice

• Résistance acquise des CGP (staph et strepto) aux macrolides (érythromycine) et lincosamides (clinda)

• Acquisition d’une nouvelle cible ayant peu d’affinité pour l’ATB

• Résistance acquise aux lactamines des pneumocoques (PSDP ou résistants à la pénicilline par modification des PLP^Q) et des staphylocoques métiR.

• Résistance aux sulfamides et au trimétoprime

• Résistance des entérocoques aux glycopeptides (Vancomycine et Teicoplanine).

• Défaut de perméabilité des Mb bacteriennes (paroi et membrane cytoplasmique) = défaut de pénétration

• Résistance naturelle :

• LPS

• Constitue la couche externe de la paroi des entérobactéries et BGN " entériques ", qui vivent préférentiellement (E.coli) ou occasionnellement (Enterobacter cloacae ou Pyocyanique) ds le tube digestif

• Couche très difficile à franchir pr les molécules hydrophobes ou hydrophiles de poids moléculaire élevé 

• R aux ATB hydrophobes (péni G^Q et Macrolides^Q, rifampicine, acide fucidique, novobiocine).

• R aux ATB de poids moléculaire élevé (vancomycine).

• Paroi rigide et imperméable des mycobactéries (BGP) : résistance naturelle à la plupart des ATB.

• Absence de système respiratoire chez les bactéries anaérobies strictes et les streptocoques (anaérobies aérotolérantes) : Espèce naturellement résistante aux aminosides car leur pénétration à travers la membrane est assurée par le système respiratoire de la bactérie.

• Résistance acquise :

• Par diminution de perméabilité de la paroi des entérobactéries (E. coli, E. cloacae, K. pneumoniae) au niveau des porines^Q : résistance acquise non spécifique concernant tous les ATB passant par celles-ci.

• lactamines^Q, chloramphénicol, trimétoprime, cyclines, aminosides^Q.

• Résistance seulement de bas niveau.

• Inactivation ou excrétion de l’ATB

• Inactivation enzymatique (le + fréquent) => hydrolyse^Q des lactamines et aminosides

• lactamases

• Pénicillinases : inactivent pénicillines^Q d’origine plasmidique donc transférables d’une souche à l’autre.

• Céphalosporinases : inactivent les céphalo ET péni, d’origine chromosomique

• Aminophosphotransférases (APH), Aminoacétyltransférases (AAC) aminonucléotidyltransférases (ANT)

• Excrétion = Efflux

• Propriété de nbses ptn de la membrane cytoplasmique qui provoquent l’excrétion de molécules (dont les ATB) hors de la bactérie. Ex : résistance des entérobactéries aux tétracyclines.

• Une résistance acquise par mécanisme d’efflux est secondaire

• soit à l’acquisition du gène d’une protéine d’efflux

• soit à l’hyperexpression d’une protéine d’efflux : le gène codant la ptn d’efflux est présent à l’état naturel chez les bactéries mais celles-ci sont malgré cela sensibles aux ATB.

• Support génétique de la résistance

• Le chromosome^Q+++ :

• Acquisition d’une mutation^Q non favorisée par ATB^Q

• Stable => responsable de la résistance intrinsèque de la bactérie.

• Brusque^Q et discontinue^Q

• Transmise aux cellules filles (transmission verticale)

• Peu ou pas transférable d’une bactérie à une autre (pas de transmission horizontale).

• Résistance dont le support génétique appartient à un élément génétique mobile acquis^Q+++

• Acquisition d’éléments génétiques mobiles souvent extrachromosomiques

• Caractéristique

• Instable en absence du facteur de sélection représenté par le ou les ATB concernés.

• Transmission horizontale sur le mode épidémique^Q entre des bactéries d’espèces differentes^Q ou de la même espèce^Q : Exemple du gène de la β lactamase TEM-1 qui s’est transmis successivement des entérobactéries, vers le pyocyanique puis le gonocoque et haemophilus.

• Possible transmission de plusieurs gènes de résistance sur un plasmide => résistance à plusieurs ATB^Q le + souvent.

• Par conjugaison (rapprochement^Q de 2 bactéries pouvant être d’espèces différentes^Q dont l’une d’entre elle possède un plamide F^Q (pili sexuel) avec transfert d’ADN chromosomique^Q ou extra-chromosomique^Q) surtt entre BGN

• Par transduction par bactériophage^Q (explique transfert des BGN vers CGP) ou par transposition^Q++

• Plasmides :

• Minuscules molécules d’ADN^Q bicaténaire circulaire extrachromosomique^Q présent dans le cytoplasme de certaines bactéries. Il est capable de se répliquer^Q de façon indpdte par rapport aux chromosomes^Q avec possible transfert à une autre bactérie (la conjugaison). Le patrimoine génétique de cette nouvelle bactérie se trouvera donc modifié. Ne transfère pas seulement des caractères de résistance^Q.

• Le facteur F est un plasmide transmettant le caractère « mâle »^Q ou « donneur » à une bactérie dans la conjugaison bactérienne. Il induit la synthèse des pilis sexuels^Q.

• Conjugaison concerne surtt les BGN^Q

• La conjugaison a svt lieu dans l’intestin car il y a beaucoup de BGN en contact^Q++

• Possible présence de plusieurs^Q plasmides dans une bactérie.

• Résistance plasmidique concerne la plupart des familles d’ATB^Q mais pas toutes^Q: Rifamycine^Q+ Quinolone^Q+, Furane, Polypeptide, Colistine, Vancomycine, Novobione => tjs chromosomique

• Transposons = C’est un fragment d’ADN^Q capables de passer d’un chromosome à un plasmide^Q et donc trouvés aussi bien sur les chromosomes que sur les plasmides. Ils st présents ds la plupart des bactéries^Q. L’information contenue concerne les résistances bactériennes mais également d’autres informations^Q.

• Un 3^ième type de support est apparu plus récemment.

• Acquisition de fragments de gènes d’un chromosome étranger, suivie obligatoirement d’une recombinaison chromosomique.

• Mobilité (transmission horizontale) + stabilité du support chromosomique (transmission verticale)

• Résistance aux lactamines des Staph métiR et des pneumocoques dit - résistants à la pénicilline -.

• Conditions d’acquisition de la résistance

• Mutation bactérienne plasmidique^Q ou chromosomique : réversible^Q (possible mutation inverse) et stable^Q

• Sélection de mutant résistant

• Mutation : Evénement génétique indépendant^Q survenant spontanément^Q, cad indépendamment de la présence de l’ATB qui n’agit que comme agent de sélection. Les ATB ne provoquent pas les mutations ms ils peuvent sélectionner les bactéries ayant acquis une résistance par mutation^Q++ Elle justifie l’association de plusieurs ATB^Q.

• Fréquence de mutants : La proportion de sous population mutante résistante au sein de la population initialement sensible, est de l’ordre de 10^-5 à 10^-9.

• La sélection d’un mutant résistant entraîne l’échec thérapeutique dans plus de la 50% des cas.

• Transmission héréditaire^Q

• Expression des mécanismes de résistance

• Niveau de résistance

• C’est le rapport entre la CMI sur la bactérie ayant acquis une résistance et celle sur la bactérie sensible ou sauvage.

• Ce rapport peut être de 1 000 ds le cas des résistances enzymatiques pr lesquelles le niveau de résistance augmente proportionnellement au niveau de production de l’enzyme.

• Il peut être de 50 seulement pour la résistance par modification de cible voire de 4 ou 8 pour la résistance par diminution de pénétration (résistance à bas niveau). Dans ces 2 derniers cas, plusieurs événements, c’est-à-dire plusieurs mécanismes de résistance devront s’associer pour donner un haut niveau de résistance.

• Résistance croisée entre 2 ATB : Définie par un même mécanisme de résistance pour chacune d’elles. C’est en général le cas de 2 ATB de la même famille. Ex : les staph résistants à la genta st résistants à ts les autres aminosides

• Résistance associée ou corésistance : Lorsque la résistance concerne 2 ATB mais qu’elle est liée à 2 mécanismes distincts. Par exemple résistance des entérobactéries aux bétalactamines et aux aminosides.

• Multirésistance

• Elle est liée à la situation épidémiologique des souches ayant acquis une résistance à un ATB et qui ont tendance à acquérir une résistance à d’autres ATB.

• Les mêmes souches, généralement transmises à une haute fréquence d’une personne à l’autre, subissent une pression de sélection ATB constante et exercée successivement par des ATB différents.

• Ex : Les souches de pneumocoque résistantes à la pénicilline sont aussi celles qui sont résistantes au cotrimoxazole, aux macrolides, aux tétracyclines alors que les mécanismes de résistance ne sont liés ni par un même élément génétique mobile, ni par un mécanisme commun.

•  Conséquences cliniques et thérapeutiques

• Résistance aux ATB se traduit en pratique => antibiogramme

• Liste des ATB auxquels les souches bactériennes sont " résistantes " : ne pas employer

• Liste des ATB auxquels elles sont " sensibles ", parmi lesquels on sélectionne ceux qui semblent le mieux convenir.

• Mécanismes principaux de résistance en fonction de la famille d’atb

Béta lactamines	Essentiellement due à la synthèse de bétalactamases (penicillinases : O.plasmidique / céphalosporinases : O. chromosomique) qui inactivent l'ATB. Surtt pr les BGN. Pr les BGN, il existe en plus une diminution de la perméabilité par modification des porines. Pr les BGP, diminution de l’affinité des PLP pr les β-lactamines.
Macrolides	La résistance acquise aux macrolides est due principalement à la méthylation de la cible sur la sous-unité 50S du ribosome empêchant la liaison avec l’antibiotique. Résistance constitutive permanente => résistance croisée avec apparentée : linco et synergistine Résistance inductible par ATB => résistance pr Macro, Linco et synerG reste sensible
Tétra cyclines	La résistance est essentiellement de type plasmidique => Le mécanisme le + fréquent est le blocage de l'efflux mais aussi diminution de l’affinité de la cible ribosomale
quinolone	Liée à des mutations de l'ADN gyrase ou des modifications de perméabilité à l'ATB. Les résistances st uniquement d’origine chromosomiqueQ.
Aminoside	Résistance naturelle : Pr agir, les aminosides doivent pénétrer à l'intérieur de la cellule ce qu'ils font par diffusion passive et active. Certaines bactéries sont imperméables à la pénétration passive des aminosides. L'association aux bétalactamines qui agissent en détruisant la paroi cellulaire va être synergique en permettant leur entrée dans la cellule. La pénétration active nécessite de l'oxygène, les bactéries anaérobies sont peu sensibles aux aminosides. Résistance acquise : Le plus souvent médiée par un plasmide, les bactéries acquièrent la capacité d'inactiver l'antibiotique par adénylation, acétylation ou phosphorylation. Ds d'autres cas, une mutation chromosomique peut modifier la sous-unité 30S du ribosome et la rendre inaccessible à l'antibiotique.
Rifampicine	Liée à une modification de la perméabilité de la bactérie ou à une modification de structure de l'enzyme cible l'ARN polymérase. Les résistances st uniquement d’origine chromosomique.
Sulfamide	Liée à une modification de la perméabilité de la bactérie ou à une modification de structure de la dihydroptéroate synthétase
Vanco mycine	Elle est liée à la production d'un précurseur de peptidoglycan modifié, sur lequel la vancomycine ne peut pas se fixer.
phénicolés	Principalement par production d'une acétyltransférase qui inactive l’ATB (plasmidique) ou imperméabilité (chromosomique).

Source : Fiches Rev Prat, rdp 99, medline, Medifac, 60 QCM Intest 2000