Chimiothérapie antimicrobienne: plan du cours PDF

Chimiothérapie antimicrobienne: plan du cours I- les maladies infectieuses: d’hier à aujourd’hui II- le développement de la chimiothérapie antimicrobienne III- caractéristiques générales des substances antimicrobiennes IV- les substances antim...

Chimiothérapie antimicrobienne: plan du cours I- les maladies infectieuses: d’hier à aujourd’hui II- le développement de la chimiothérapie antimicrobienne III- caractéristiques générales des substances antimicrobiennes IV- les substances antimicrobiennes et spectre d’action V- la chimiothérapie antimicrobienne: 61- antibiotiques inhibant la synthèse de la paroi 62- antibiotiques agissant au niveau de la membrane plasmique 63- antibiotiques inhibiteurs de la synthèse protéique 64- antibiotiques inhibiteurs du métabolisme des acides nucléiques VI- détermination de l’efficacité des substances antimicrobiennes VII - Résistances et mécanismes VIII- Antifongiques et antiviraux 1 I- Les maladies infectieuses: d’hier à aujourd’hui - Jusqu’au 19ème siècle, la première cause mondiale de mortalité était les maladies infectieuses: essentiellement : tuberculose, pneumonie, maladies diarrhéiques, mais aussi: septicémies liées à l’infection de plaies, syphilis + autres… - début du 20e siècle : amélioration des conditions de vie : meilleures conditions sanitaires, meilleure nutrition, eau de qualité => diminution de la susceptibilité de l’hôte => restriction de la transmission de maladies => diminution de la mortalité et de la morbidité dues aux maladies infectieuses. - milieu du 20e siècle: introduction d’agents antimicrobiens => accélération du déclin des maladies infectieuses. Facteurs favorisant la diminution des maladies infectieuses au 20e siècle. - pays en voie de développement: les maladies infectieuses restent la cause majeure de décès 2  - fin du 20e siècle: début de l’émergence et de la réémergence de maladies infectieuses - Identification de nouvelles maladies et de nouveaux µorganismes maladie du Légionnaire, VIH, arboviroses + beaucoup d’autres… - Réémergence : choléra, tuberculose, fièvre jaune, malaria (paludisme) … Þ Dû à une multitude de facteurs : - conditions de vie - vieillissement de la population - diminution des mesures de santé publique - voyages internationaux - commerce - modification du climat et adaptation microbienne liée à la sur-utilisation d’agents anti-microbiens => Apparition de résistances 3 II- Le développement de la chimiothérapie antimicrobienne - 1897:Ernest DUCHESNE : 1er à avoir mis en évidence la pénicilline (thèse de médecine Lyon à 21 ans) mais travail non poursuivi et oublié - 1904: Paul EHRLICH, médecin allemand : émet l’hypothèse de l’existence de substances chimiques ayant une toxicité sélective => concept d’agents antimicrobiens spécifiques - expérimentations sur les colorants: rouge trypan: actif contre le trypanosome de la maladie du sommeil - 1908: travaux sur les dérivés arsénicaux : découverte de l’arsphénamine : actif contre syphilis et trypanosomiases => 1ère commercialisation d’un agent de chimiothérapie - 1927: Gerhard DOMAGK (Farbenindurie- Allemagne): étude systématique d’un grand nombre de colorants à activité antimicrobienne: -> rouge Prontosil (colorant du cuir): actif contre strepto- et staphylocoques => converti dans le corps en sulfanilamide (facteur actif) => prix Nobel en 1939 - 1928: Alexander FLEMING (médecin écossais): (re)-découverte (fortuite) de la pénicilline (Penicillium notatum) publications de plusieurs articles entre 1929 et 1931 puis abandonne ces travaux (substance trop instable) - 1939: Howard FLOREY et Ernest CHAIN: reprise des travaux de Fleming purification de la pénicilline, tests sur souris puis homme => prix Nobel (avec Fleming) en 1945 -1944: Selman WAKSMAN: découverte de la streptomycine (prix Nobel en 1952) - à partir de cette date: analyse de plusieurs 100aines de milliers de micro-organismes => Actuellement: plus de 10 000 antibiotiques connus. Qques 100aines sont utilisés (dont ¼ sont des pénicillines) 4 III- Caractéristiques générales des substances antimicrobiennes - Molécules de faible poids moléculaire: PM : 150 à 500 - Actifs à de faibles concentrations (< 1000µg/ml) - Toxicité sélective: doivent tuer ou inhiber la croissance des germes pathogènes en affectant l’hôte le moins possible. => cibles spécifiques présentes uniquement chez les micro-organismes => toxicité réduite pour l’hôte ATTENTION: Aucune substance bactérienne n’est absolument inoffensive !!!! => effets secondaires: cytotoxiques (reins, foie, …), allergéniques => indice thérapeutique: rapport entre la dose toxique pour l’hôte et la dose thérapeutique (concentration minimale requise). => indice thérapeutique élevé: bon agent chimiothérapeutique - Mécanismes d’action: 1. Pénétration à l’intérieur du micro-organisme 2. Interaction avec une structure cellulaire impliquée dans un processus essentiel pour la survie ou la croissance 3. Inhibition complète du processus cellulaire en question. inhibition permanente: - cide inhibition transitoire : - statique 5 V- Les substances antimicrobiennes et Spectre d’action - Substances à activité microbienne: antibiotiques: substances d’origine naturelle (d’origine bactérienne ou fongique) ou produites par semi-synthèse ayant une activité antibactérienne spécifique à très faible dose. Le terme « antibiotique » est réservé à l'action sur les bactéries. Pour les autres micro-organismes, on utilise le terme d'« antifongique » pour lutter contre les champignons, ou d'« antiviral » pour lutter contre les virus. - Effet -cide ou -statique - Grandes variations dans le champ d’efficacité: - spectre étroit: efficacité limitée à une variété restreinte de µorganismes: ex: polymyxines, Isoniazide - spectre large: affectent de nombreux types différents de µorganismes: ex: Tétracyclines, sulfamides (bactéries + protozoaires) 6  VI- La Chimiothérapie antibactérienne Cibles des substances antibactériennes Perturbation de la membrane plasmique Inhibition de la synthèse ADN/ARN 7 61 - Antibiotiques inhibant la synthèse de la paroi bactérienne : 611- Propriétés communes des inhibiteurs de la synthèse du peptidoglycane 1. Ils sont bactéricides. Pendant la croissance, les autolysines ouvrent la chaîne de peptidoglycane, côté extérieur à la membrane plasmique, pour permettre l’incorporation des unités de NAG-NAM-pentapeptide. Si cette incorporation n’a pas lieu, la paroi cède en raison du gradient osmotique (pression osmotique intracellulaire élevée) et il y a lyse cellulaire. 2. Ils ont aucun effet sur les cellules inactives, qui ne se divisent pas. Chez ces dernières, l’intégrité de la chaîne de peptidoglycane n’est pas menacée car il n’y a pas digestion enzymatique du peptidoglycane existant. 3. Ils sont inactifs contre les cellules sans paroi (par ex. mycoplasmes). 8 61 - Antibiotiques inhibant la synthèse de la paroi bactérienne : 612 - Structure du peptidoglycane NAG NAM NAG: acide N-acétylglucosamine NAM: acide N-acétylmuramique (NAG + acide lactique) Tetrapeptide: L-Ala/D-Glu/L-Lys ou DAP/D-Ala Liaisons interchaînes: entre D-Ala et L-Lys (ou DAP) Précurseur Synthèse du PDG: insertion des précurseurs dans la chaîne du PDG 9 613- synthèse du peptidoclycane: 3 étapes: - synthèse des précurseurs dans le cytoplasme - transport membranaire des précurseurs - insertion des précurseurs au peptidoglycane et transpeptidation Phospho mycine PEP Θ UDP-GlcNAc UTP GlcNAc Θ 10 614- Inhibiteurs de la synthèse de précurseurs de la paroi : - Fosfomycine ( = fosfonomycine, phosphomycine): - produite par Streptomyces et Pseudomonas (bactéries) - analogue structural du phosphoénolpyruvate => bloque la formation de l’acide N-acétyl-muramique - faible PM (138 Da) => bonne diffusion tissulaire => efficaces dans le traitement des infections méningées et ostéo-articulaires - non métabolisé, éliminé à 80% par voie urinaire en moins de 12h => Antibiotique de choix dans le traitement des infections urinaires: Fosfomycine cystite aigüe à Gram(+) (Staph doré) ou Gram(-) (Proteus, Serratia, Pseudomonas) - D-cyclosérine: - Isolée de Streptomyces orchidaceus (bactérie) - analogue structural de l’alanine - inhibiteur compétitif de: - l’alanine racémase (L-alanine -> D-alanine) - la D-alanyl-D-alanine synthase => arrêt de la synthèse des précurseurs de la paroi - spectre d’action: Gram(+) : entérocoques, Chlamydiae, Nocardia, Mycobacterium (-> tuberculose) - neurotoxique : => n’est plus utilisée aujourd’hui 11 615 - Inhibiteurs du transport membranaire des précurseurs de la paroi: - La Bacitracine: - complexe d’antibiotiques peptidiques produit par des Bacillus (bactéries) - inhibe le transfert des précurseurs de la paroi sur le transporteur lipidique membranaire (undécaprényl- phosphate) - Actif sur de nombreuses bactéries Gram (+): Streptococcus , Staphylococcus , Clostridium difficile, Neisseiria, Treponema pallidum, Haemophilus, etc… - a été utilisée pour traiter plusieurs types d’infections : les infections ophtalmiques, systémiques, neurologiques, gastro-intestinales, les pneumonies. … mais toxique pour le rein!! => essentiellement utilisée sous forme de pommades (infections cutanées) ou de gouttes (infections oculaires) 12  616- Inhibiteurs de l'insertion des unités glycaniques et de la transpeptidation : - Les b-Lactamines: (Pénicillines et céphalosporine) (Champignons) noyau b-Lactame - regroupe plusieurs famille de composés contenant un noyau b-Lactame, mais des cycles adjacents différents péname (pénicillines) céphème (céphalosporine) carbapénème clavame oxacéphème Acide clavulanique: faible pouvoir anti-bactérien 13 mais utilisé contre les résistances aux b-Lactamines - Les b-Lactamines (suite): - Les pénicillines: - pour la plupart, dérivent de l’acide 6-aminopénicillanique - Noyau ß-lactame: essentiel pour activité ÞHydrolyse liaison amide (pénicillinases) Mode d’action: acidorésistance Þ nombreuses résistances - parenté structurale avec D-Ala-D-Ala spectre large - Pénicilline G: 1er Ab utilisé - liaison aux penicillin-binding-proteins (PBP) - inhibition de la transpeptidation acidosensible => action uniquement sur bactéries spectre très large en phase de croissance Avantages - Pénicilline G:Très efficaces sur les Gram(+): Méningo-, Gono-, Strepto- , Staphylocoques - Antibiotiques les moins toxiques …. mais allergies sévères, voire mortelle (1 à 5% de la population adulte) Résistance aux pénicillinases Inconvénients - Pas d'effets sur Gram (-) - acidosensible: administration par voie parentérale (autre que digestive) - sensible aux ß-lactamases Spectre très large => Synthèse nombreux dérivés: chaînes latérales ≠ pour modifier les propriétés chimiques => antibiotiques semi-synthétiques 14  - Les b-Lactamines (suite): - Les pénicillines dérivées Mode d’action: - parenté structurale avec D-Ala-D-Ala - liaison aux penicillin-binding-proteins (PBP) - inhibition de la transpeptidation acidorésistance spectre large => action uniquement sur bactéries en phase de croissance acidorésistance spectre très large => Synthèse nombreux dérivés: chaînes latérales ≠ pour modifier les propriétés chimiques => antibiotiques semi- synthétiques acidosensible Résistance aux pénicillinases Spectre très large 15 - Les b-Lactamines (suite): - Les céphalosporines: - structure commune : acide 7-amino céphalosporanique - isolées de cultures de Cephalosporium acremonium (1948) Mode d’action: idem pénicillines noyau b-lactame - liaison aux penicillin-binding-proteins (PBP) - inhibition de la transpeptidation => action uniquement sur bactéries en phase de croissance - Prescrits chez patients allergiques aux pénicillines - Large spectre d’action Plusieurs générations de céphalosporines : => augmentation du spectre d’action + résistance aux b-lactamases - 1ère génération : actives sur pathogènes Gram(+), moins efficaces sur Gram(-) céfadroxyl, céfaloridine, céfalotine, céfaprine, céfazoline, céfradine, céfalexine. - 2ème génération : idem, mais spectre élargi aux Gram(-) céfamandole, céfotiam, cefoxitine , céfuroxime, céfaclor, céfatrizine, céforadine. - 3ème génération : actives sur pathogènes Gram(+), très efficaces sur Gram(-), actives sur système nerveux central ceftriaxone, céfopérazone, ceftazidime, cefsulozine, céfotetan. - 4ème génération : spectre étendu, plus résistantes aux b-lactamases cefépime, cefpirome. 16 Inhibition de l'insertion des unités glycaniques et de la transpeptidation : (suite) - Les glycopeptides: Vancomycine, téicoplanine, ristocétine, avoparcine (usage vétérinaire): - Vancomycine: - isolée en 1956 de Streptomyces orientalis (Nocardia orientalis). (bactérie) -molécules volumineuses (1 500 à 2 000 daltons) et de structure complexe Þ ne peut pas pénétrer dans les porines de la mb ext des Gram(-) Þ Mode d’action: se fixe aux niveau des extrémités peptidyl-D-Ala-D-Ala des précurseurs lipopeptidiques lorsqu'ils émergent de la membrane cytoplasmique => 5 liaisons avec les D-ala-D-ala => inhibe transglycolysation et transpeptidation Þ spectre d’action: uniquement Gram(+): Staphylocoques, Streptocoques, Clostridium difficile - Bactéricide à action lente administrable par voie parentérale - effets secondaires : atteinte rénale et auditive - coût élevé 17 62 - Antibiotiques agissant au niveau de la membrane cytoplasmique : polymyxines et colistines: - antibiotiques peptidiques cycliques. - polymyxines : - isolées de Bacillus polymyxa (bactérie) - famille d’antibiotiques: A, B, C, D, E, F, K, M, P, S et T - colistines: - isolées de Bacillus colistinus (bactérie) - en fait: mélange de Polymixines E1 et E2 - Mode d’action: agissent comme des détergents cationiques Þ Insertion aux lipides membranaires => trous Þ dépolarisation des membranes Þarrêt des respirations et synthèse ATP -Spectre d’action: actifs sur de nombreux Gram (-) : Bordetella, Enterobacter, Escherichia coli, Klebsiella, Pasteurella, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella, Shigella , Vibrio - effets secondaires: complications d'ordre neurologique et néphrotoxicité - réservés à des cas extrêmes (bactéries sont résistantes à tous les autres antibiotiques) - usage topique (traitement local des infections de la peau, des muqueuses, des yeux et des oreilles). - De nos jours, seules la polymyxine B et la colistine sont utilisées en thérapeutique. 18  63 - Antibiotiques inhibiteurs de la synthèse protéique : 631- principales étapes de la traduction : - l'initiation: * Mise en place du ribosome et de l’aminoacyl-ARNt initiateur sur l’ARNm: initiateur: N-formylméthionyl-ARNtfMet: => codon AUG groupe aminé a (= aNH2) bloqué par le groupe formyle => ne peut être utilisé que pour l’initiation. - l'élongation: * liaison de l’aminoacyl-ARNt: - site P (peptidyl): occupé par AA-ARNtfMet - site A (aminoacyle): vide => liaison AA-ARNt + EF-Tu (E: GTP) Pour ajouter de la méthionine à une chaîne d’AA, le méthionyl-ARNtMet sera utilisé. * transpeptidation: catalysée par la peptidyl transférase : catalyse le transfert de la chaîne déjà formée à l’AA de l’aminoacyl-ARNt venant d’arriver au site A * translocation: l’ARNt dépourvu d’AA quitte le site P => facteur d’élongation EF-G (=translocase) + Energie (GTP) => le ribosome coulisse d’un codon => le peptidy-ARNt se retrouve au site P - la terminaison: - codons de terminaison: UAA,UAG, UGA => pas d’ARNt avec anticodon correspondant - facteurs RF-1, RF-2 et RF-3 : dissociation de la chaîne peptidique et du ribosome 19 633- Inhibiteurs de la formation du complexe d’initiation et de l’interaction ribosome-ARNt => sous-unité 30S : - Tétracyclines : -Isolées de souches de Streptomyces (bactérie) -aujourd'hui : famille d’Ab otenus par hémi- synthèse. - En fonction de leur temps de demi-vie, on peut distinguer les tétracyclines : - de première génération : chlortétracycline (= auréomycine), oxytétracycline, etc… - de deuxième génération : doxycycline, minocycline. - Mode d’action: fixation à la sous-unité 30S => inhibition de la fixation des aminoacyl-ARNt sur le site A du ribosome - Spectre d’action: - Bactériostatiques à très large spectre: Gram(+) et Gram (-) , ricketsies, chlamydies, mycoplasmes - effets secondaires: à doses élevées: nausées, diarrhées, jaunissement durable des dents chez les enfants? détérioration des cellules hépatiques et rénales 20  - Inhibiteurs de la sous-unité 30S : (suite) - Aminoglycosides (aminosides) : - molécules naturelles, produites par des souches de Streptomyces (bactérie) streptomycine, néomycine, kanamycine, tobramycine ou d'Actinomyces (bactérie): gentamicine Sulfate de streptomycine - structure très variable, mais tous contiennent un noyau cyclohexane et des sucres aminés - Mode d’action: - fixation à la sous-unité 30 S - modification de la structure spatiale => Erreurs de lecture de l’information génétique portée par les ARNm. => Protéines infonctionnelles - Spectre d’action: bactéricides à large spectre, plus actifs sur Gram(-) mais actuellement peu utilisé à cause de l’augmentation importante du nombre de souches résistantes. restent utilisés pour lutter contre la tuberculose et la peste - effets secondaires: surdité, dommages rénaux et neurologiques (perte équilibre), nausées, allergie 21 634- Inhibiteurs de la formation de la liaison peptidique et de l’élongation (sous-unité 50S) : - Phénicolés: - dérivés de l'acide dichloroacétique porteurs d’un groupement phényle substitué - 2 molécules seulement utilisées en chimiothérapie: - le chloramphénicol : isolé de Streptomyces venezualae (bactérie) actuellement : synthèse chimique - le thiamphénicol - Mode d’action: fixation à l’ARN 23 S de la sous-unité 50 S => Inhibent la peptidyl transférase - spectre d’action: bactériostatiques à très large spectre …. Mais toxicité élevée : réactions allergiques et/ou neurotoxiques, anémies => utilisés en dernier recours quand la vie du patient est menacée 22  64 - Antibiotiques inhibiteurs du métabolisme des acides nucléiques : - sulfamides et diaminopyridines. - rifamycines. - quinolones et fluoroquinolones. 23 641- Analogues structuraux, inhibiteurs de voies de biosynthèse - Sulfamides (sulfonamides) et 2-4 Diaminopyridines: - molécules bactériostatiques totalement de synthèse => pas antibiotique sensu stricto - Sulfamides: analogues structuraux de l’acide para-aminobenzoïque (PABA) - 2-4 Diaminopyridines: analogues structuraux de l’acide folique: ex: trimétoprime Þ INHIBITION DE LA SYNTHESE AC. TETRAHYDROFOLIQUE => INHIBITION SYNTHESE PURINES ET PYRIMIDINES => INHIBITION SYNTHESE AC. NUCLEIQUES Spécificité : - bactéries : prototrophes pour ac.folique => synthèse obligatoire - homme, animal: auxotrophes pour ac.folique => ac. Folique apporté par alimentation => pas de cibles aux sulfamides et diaminopyridines => à priori sans conséquences, … mais 5% des patients font des réactions allergiques (érythème, fièvre, urticaire) … de plus en plus de bactéries deviennent résistantes 24  642- Inhibiteurs de la synthèse d'ARNm - Rifamycines : famille des ansamycines Mode d’action : liaison à la sous-unité b de l’ARN polymérase => arrêt de la transcription Rifampycine -Rifamycine B: Isolée en 1957 à partir de Nocardia mediterranei (bactérie) => active sur les Gram (+) => active sur Mycobacterium tuberculosis => active sur quelques Gram (-) - Rifampycine : composé semi-synthétique issu de la rifamycine-B => activité plus élevée et moins toxique => actuellement: antibiotique de choix dans le traitement des infections à mycobactéries mais toxicité hépatique 25 643- Inhibiteurs de la réplication/réparation de l'ADN - Quinolones et Fluoroquinolones - Antibiotiques de synthèse chimique dérivés de la 7-chloroquinone - 1962: synthèse de l’acide nalidixique => utilisé dans le traitement des infections du tractus urinai par des bactéries à Gram (-) - Années 80: synthèse des fluoroquinones: - incorporation d’un atome de fluor en position 6 et noyau quinoléine - activité accrue vis-à-vis des Gram (+) - Antibiotiques à large spectre: => actifs sur de nombreux pathogènes - Gram (-) : E. coli, Klebsiella, Pseudomonas aeruginosa, Haemophilus, etc.. - Gram (+) : Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Mycobacterium - Mycoplasmes, Chlamydia, Neisseiria : responsables de MST Mode d’action: inhibition de la topoisomérase IV ainsi que de l’ADN gyrase bactérienne Þ inhibition de la réplication de l’ADN Þ inhibition de la transcription Þ inhibition de la réparation de l’ADN Gyrase : supertours négatifs Topoisomérase : décaténation 26