Teușdea & Cristina Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug, la nouă ani de existență Veterinary drug / Veterinary Drug, nine years of existence Valer Teușdea & Romeo T. Cristina În acest an am ajuns la al nouălea an de calitativă de la număr la număr. Analizând fondul când, adesea cu eforturi personale mari am reușit revistei articolele incluse și acceptate după publicarea continuă a primului și singurului jurnal evaluările peer review aduc informații prețioase din România dedicat strict medicamentului cititorilor, care au în revista noastră un sprijin veterinar. Această realizare nu numai că este o științific consistent. performanță notabilă în condițiile economice Modul de redactare pe secțiuni (Educație cunoscute, dar poate fi considerată, așa cum am continua / Lucrări originale) acoperă, în opinia mai afirmat, un model de performanță în domeniu. noastră, necesitățile de informare ale specialiștilor Oricine se apleacă, doar și pentru o simplă privire, din domeniu. peste paginile revistei poate constata creșterea 1 Teușdea & Cristina Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 Se cuvine aici să mulțumim echipei coordonatori a unor lucrări din echipele editorial (restrânse) care prin competență, acestora. modestie și-au adus revista acolo unde este Putem afirma că, până astăzi, există colegi astăzi, adică indexată BDI de aproape cinci ani care nu au încă numele inclus în nici un articol în numeroase baze importante (DOAJ, apărut sau în nici o activitate de peer review, IndexCopernicus, CABI International; British fapt ce ne determină să revizuim lista numelor Library Direct; WorldCat; The University of incluse în colegiul nostru editorial! Hong Kong Libraries-HKUL Database; Vrije Pentru cei care poate nu știu, dorim să le Universiteit Brussel-VUB e-journal list; AGRIS; reamintim că acest Jurnal: Bielefeld Academic Search Engine (BASE); • nu vă solicită (deocamdată) nici un fel de uOttawa Library; Canadian Periodicals (Gale taxe pentru evaluarea și procesarea Group); Romanian National Data Base; ASAP; manuscriselor, Library of the University of Groningen; • lucrările originale interesante au prioritate la University of Michigan E-Journals; University of publicare, Saskatchewan E-Journals; Bayerische • aveți șanse crescute de a fi citați, Jurnalul StaatsBibliotek; getCITED etc). având politica de publicare open acces și Pe această cale invităm membrii staff-ului licența creative commons (by-nc-sa/3.0/ nostru editorial (în special cei din mediul legal code). universitar) să sprijine cu trimiterea unor Nu în ultimul rând dorim să mulțumim articole originale din activitatea lor curentă de membrilor activi ai Asociației noastre care au excelență spre ridicarea valorii publicației. înteles importanța sprijinirii acestui proiect Constaăm cu amărăciune că, deși profesional și științific și prin efortul lor financiar identificăm (cu plăcere), în CV-urile unor colegi, fac posibilă apariția neîntreruptă din anul 2007 apartenența declarată la Jurnal, nu avem a Medicamentului Veterinar. aceeași satisfacție când este vorba de participarea domniilor lor ca autori sau Aveți tot respectful nostru! 2 Teușdea & Cristina Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 ▼ ă Educatie continu / Continuous education 3 Doma et al. Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 Elemente de structură bacteriană și mecanismele transmiterii rezistenței la antibiotice Elements of bacterial structure and mechanisms of antibiotic resistance transmission Doma Alexandru Octavian, Dumitrescu Eugenia, Muselin Florin, Cristina Romeo Teodor Facultatea de Medicină Veterinară Timișoara Corespondența: [email protected] Cuvinte cheie: antibiorezistenta, stuctura bacteriana, mecanisme, medicamente veterinare Keywords: antibiotic resistance, bacterial structure, mechanisms, veterinary drugs Rezumat Prezentul referat bibliografic are rolul de a reîmprospăta cunoștiințele medicilor veterinari în domeniul terapiei și rezistenței antibacteriene. Sunt prezentate sintetic, într-o manieră didactică: clasificarea bacteriilor, structura generală a peretelui celular, caracterizarea generală a antibioticelor, modurile fundamentale de acțiune ale antibioticelor, principalele interacțiuni și fenomenele secundare și toxice produse de antibiotice. Instalarea și efectele rezistenței bacteriene la antibiotice este prezentată mai pe larg fiind date noțiuni esențiale despre mecanismele rezistenței ca: inactivarea medicamentului sau deturnarea de la calea metabolică, alterarea țintei sau structurii enzimatice, acumularea scăzută a antibioticului în celulele bacteriene rezistente. Sunt prezentate de asemenea: antibiorezistența naturală (epigenetică), antibiorezistența câștigată, adaptarea genetica (prin mutații și selecție) și achiziționarea genetică. Prin mijloacele rezistenței se întelege totalitatea mecanismelor prin care bacteriile pot reduce sau inactiva total activitatea antimicrobienelor. În acest sens sunt prezentate în continuare: fazele instalării rezistențelor și modificarea / inactivarea antibioticelor, nefiind omisă nici analiza tendințelor în evoluția rezistențelor la antibiotice și impactul asupra mediului urmarea utilizării imprudente a antiinfecțioaselor (antibioticele veterinare în sol și în apă, rezistența la antibiotice în culturile modificate genetic sau efectele asupra ecosistemelor) si urmările pe termen lung ale acestora. Abstract The aim of this bibliographic essay is to refresh the knowledge of veterinarians in the field of therapy and bacterial resistance. Are summarized, in a didactic manner: the bacteria classification, the overall structure of the cell wall, the general characterization of antibiotics, the fundamental modes of action of antibiotics, the main interactions and side phenomena antibiotics and toxic products. Installing and effects of bacterial resistance to antibiotics is presented in detail, being given the basic concepts about resistance mechanisms as: the drug inactivation or misappropriation of the pathway, enzyme target altering or structure, low accumulation of antibiotic resistance in bacterial cells. They are also presented: the natural antibiotic resistance (epigenetic), the gained antibiotic resistance, the genetic adaptation (by mutation and selection) and the genetic acquisition. By means of resistance means all the mechanisms by which bacteria can reduce or total inactivate the antimicrobial activity. In this regard are presented: phases of the resistance installation and antibiotics’ modification / inactivation, not being omitted also the trends in the evolution of resistance to antibiotics and environmental impacts analysis, the results of the imprudent using of the anti-infectives (like veterinary antibiotics in soil and water, the antibiotic resistance in the genetic modiffied crops or the long-term effects on ecosystems) and them consequences. Introducere crescut aproximativ cu două zeci de ani durata medie de viață a oamenilor din țările dezvoltate. Descoperirea antibioticelor a fost un salt în Există antibiotice cu spectru larg iar altele medicina modernă, cu ajutorul acestora care sunt specifice, actionând doar asupra unei practicienii sunt în măsură să oprească sau să singure tulpini bacteriene. Antibioticele utilizate ucidă creșterea microorganismelor. Se pare că frecvent în terapia veterinară aparțin grupelor: descoperirea și utilizarea antibioticelor precum peniciline, tetracicline, macrolide, și procedurile de imunizare, constituie două aminoglicozide, fenicoli, sulfonamide, evoluții în domeniul microbiologiei, care au nitrofurani și mai nou chinolone. Unii autori 4 Doma et al. Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 susțin că ultimele trei clase amintite nu sunt 1. Clasificarea bacteriilor și structura antibiotice în adevaratul sens al cuvantului peretelui celular pentru că sunt obținute prin sinteză [10, 16, 25, 58]. Natura chimică a peretelui celular Termenul de antibiotic a fost introdus bacterian determină proprietățile sale pentru prima oară de către francezul tinctoriale, astfel putem sa le împarțim în două Vuiellamin, antibiotic este folosit pentru o gama mari grupe: Gram negative (colorate în roșu) foarte largă de compuși atât naturali cât și semi- sau Gram pozitive (colorate în albastru violet) sintetici, care în general au un efect [48]. antibacterian, substanțe care distrug sau Prin metoda de colorare Gram, bacteriile impiedică înmulțirea bacteriilor [10, 58]. Gram pozitive pot fi clasificate practic (cele care Primul antibiotic activ, benzilpenicilina, a rețin colorant albastru violet și rămân așa după fost descoperit de către Fleming în 1926, ca ce au fost spălate cu alcool, sunt clasificate ca inhibator al creșterii bacteriene in vitro, dar și Gram pozitive, iar bacteriile, care dispar penicilina G a fost utilizată în terapeutică, abia complet la spălarea cu alcool și apoi apar după ce, în 1940, Chaine și Florey au reușit să colorate în roșu de safranin, sunt identificate ca izoleze sub formă pură penicilina cristalizată și fiind Gram negative) [49]. să-i studieze calitățile. Încercările pe subiecții umani au avut un 1.1. Structura generală a bacteriilor succes răsunător și astfel, au inaugurat era antibioticelor. Bacteriile Gram pozitive și Gram negative Cercetările care au urmat au avut ca au structuri interne similare, dar cele externe finalitate apariția a numeroase antibiotice. sunt foarte diferite. Citoplasma celulei Astfel, în 1944 a apărut streptomicina, bacteriene conține ADN-ul cromozomul, ARN- descoperită de Waksmann, cloramfenicolul în m, ribozomi, proteine și desigur metaboliți 1947, clortetraciclina în 1948, penicilinele (Tabelul 1). semisintetice 1958, cefalosporinele în 1960, Tabelul 1. fluorochinolonele în 1980 etc. [10, 16, 25, 58]. Componentele membranei bacteriene Cu toate acestea, bacteriile s-au dovedit a fi mult mai „inovatoare” și mai adaptabile decât ne-am fi imaginat și astfel s-a dezvoltat rezistenta la antibiotic, în anul 1969 au apărut primele publicații pe tema acestui fenomen, care se află in continuă creștere. Deasemenea relele practici și gestionarea incorectă au exacerbat situația [14, 36, 74]. În ultimele trei decenii, au fost descoperite multe afecțiuni bacteriene (ex. ulcerele gastrice cu tulpinile O157: H7 de E. coli, boala Lyme, sindromul de șoc toxic, streptococii distructivi cutanați). Deja se cunosc numeroase fenomene de rezistență în cazul acestor patogeni și se pare că în curând va fi nevoie de antibiotice total noi pentru a fi eficiente împotriva acestor bacterii [2, 8, 9,19, 26]. Direcțiile de dezvoltare a cercetărilor în actualul deceniu legat de atibiotice sunt creșterea potenței împotriva unor organisme intens patogene (ex. Pseudomonas spp.) și studiul creșterii concentrațiilor de medicament Plasmidele, care sunt formațiuni mici, în locuri de acțiune greu de atins (articulații, circulare și extracromozomiale, prezente mai SNC etc.) [26]. frecvent la bacteriile Gram negative, deși nu 5 Doma et al. Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 este esențială pentru supravieșuirea celulară, (ca de ex. proteinele M prezente la streptococi acestea conferă un avantaj selectiv: rezistența și proteinele R prezente stafilococi) sunt la unul sau mai multe antibiotice. asociate de asemenea cu peptidoglicanilor. Lipsa membranei nucleare simplifică În Figurile 1 și 2 sunt redate structura, cerințele și mecanismele de control pentru componentele, precum și funcțiile generale ale sinteza proteinelor, astfel transcripția și peretelui cellular, elemente esențiale care traducerea vor fi cuplate. Cu alte cuvinte, disting bacteriile Gram. ribozomii se pot lega de ARNm, și proteinele pot fi realizate în timp ce ARNm este sintetizat și este încă atașat ADN-ului [15, 25, 48, 52]. Ribozomul bacterian este format din subunitățile 30S+50S, formând un ribozom 70S. Acest lucru este diferit comparativ cu ribozomul eucariotelor 80S (40S+60S), proteinele și ARN-ul ribozomului bacterian fiind semnificativ diferite de cele ale ribozomilor eucariotelor și sunt ținte majore pentru medicamentele antibacteriene. Membrana citoplasmatică are o structură lipidică bistratificată similară cu structura membranelor de la eucariote, dar nu are în compoziție steroizi (ex. colesterolul), micoplasmele fiind o excepție de la această regulă [15, 25, 48, 52]. Membrana citoplasmatică este responsabilă pentru numeroase din funcțiile care pot fi atribuite organitelor eucariote. Figura 1. Compararea structurii pereților celulelor Aceste funcții includ transportul de electroni și bacteriene Gram pozitive și Gram negative producerea de energie, care în mod normal Sursa: Murray și col. (2002) sunt realizate în mitocondrii. În plus, membrana http://micro.digitalproteus.com/morphology2.php [48]. conține proteine de transport care permit asimilarea de metaboliți și eliberarea de alte substanțe, pompe de ioni pentru a menține potențialul de membrană, precum și enzime. O membrană citoplasmatică spiralată, mezosomul, acționează ca o ancoră pentru a lega și trage în afară cromozomii fiice in timpul diviziunii celulare [15, 25, 48, 52]. 1.2. Structura bacteriilor Gram pozitive O bacterie Gram pozitivă are un perete celular gros, multistratificat constând în Figura 2. Prezentarea stru cturii generale a bacteriilor principal din peptidoglicani (de la 150-500 Å) Gram pozitive și Gram negative. care înconjoară membrana citoplasmatică. Sursa: Murray și col. (2002) http://micro.digitalproteus.com/morphology2.php [48]. Peptidoglicanii sunt structuri esențiale în replicarea și pentru supraviețuirea bacteriilor în 1.3. Structura bacteriilor Gram negative condițiile ostile în care cresc în mod normal bacteriile [15, 25, 48, 52]. Atât structural cât și chimic structura Peretele celular la bacteriile Gram pozitive pereților celulelor Gram negative este mult mai poate include și alte componente, cum ar fi: complexă decât a celulelor Gram pozitive. Un acizii teichoică și lipoteichoic, polizaharide perete celular Gram negativ conține două complexe (denumite polizaharide C), proteine, straturi externe a membranei citoplasmatice. Intim membranei citoplasmatice există un strat 6 Doma et al. Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 subțire de peptidoglican, peste care se găsește necroză tumorală, precum și altor factori. LPS o membrană exterioară care este unică pentru poate provoaca febra și poate cauza șocul. bacteriile Gram negative (figura 1). Varietatea mare a proteinelor găsite în Spațiul aflat între suprafața exterioară a membranele exterioare ale Gram negativilor membranei citoplasmatice și suprafața internă este limitată, însă transportul transmembranar a membranei exterioare este menționată ca este facilitat de un grup de proteine denumite fiind spațiul periplasmic. Acest spațiu este un „porine”, deoarece acestea pot forma pori care compartiment care conține o varietate de să permită difuzia prin membrane a moleculelor enzime hidrolitice, care sunt importante pentru hidrofile cu o masa mai mică de 700 daltoni. În scindarea macromoleculelor mai mari în timpul consecință, membrana exterioară și canalul metabolismului [15, 25, 48, 52]. porinic va permite trecerea metabolițâților și a Grupul de enzime de obicei include: antibioticelor mici hidrofile. proteazele, lipazele, fosfatazele, nucleazele și Membrana exterioară mai poate conține enzimele de degradare a carbohidraților. În proteine structurale și moleculele receptorilor cazul speciilor patogene de Gram negativi, pentru bacteriofagi și a altor liganzi. Ea este mulți dintre factorii de virulență litici, cum ar fi: conectată la membrana citoplasmatică prin colagenazele, hialuronidazele, proteazele și puncte de adeziune și este legată de beta-lactamazele se găsesc în spațiul peptidoglicani de către lipoproteine. Locurile de periplasmic. Acest spațiu conține de asemenea adeziune oferă o cale membranoasă pentru componente ale sistemelor de transport al livrarea componentelor nou sintetizate glucidelor precum și alte proteine obligatorii membranei exterioare [15, 25, 48, 52]. pentru a facilita preluarea de metaboliți sau a altor compuși. Unele proteine de legare pot fi 1.2. Caracterizarea generală a componente ale unui sistem de chemotaxis, antibioticelor care are capacitatea de a simți mediul extern al 1.2.1. Bacteriostaticele celulei [15, 25, 48, 52]. Spațiul periplasmic dintre membranele Acest grup cuprinde: citoplasmatice și exterior conține proteine • tetraciclinele, sintetice, de transport și de degradare. • cloramfenicolii, Membrana exterioară este unită cu • macrolidele, membrana citoplasmatică prin punctele de • lincosamidele adeziune și se atașează peptidoglicanului cu • novobiocina și ajutorul lipoproteinelor. • tiamulinele Membrana exterioară menține structura care produc oprirea creșterii bacteriene in vitro. bacteriană și constituie o barieră pentru In vivo, acest lucru înseamnă că, bacteriile se moleculele mari (ex. lizozimul) și pentru vor confrunta cu mecanismele de apărare moleculele hidrofobe. Acesta oferă, de specific ale organismului gazdă deci, eficacitea asemenea, protecție în condițiile adverse de lor va fi dependentă de starea generală a mediu, cum ar fi de exemplu sistemul digestiv animalului, vârstă, stare fiziologic etc. [10, 16, al gazdei (important pentru enterobacterii) [15, 25, 27, 47, 58]. 25, 48, 52]. Stratul interior conține fosfolipide care în 1.2.2. Bactericidele mod normal sunt găsite în membranele În acest grup amintim: bacteriene. Cu toate acestea, stratul exterior • betalactamine (peniciline, cefalosporine), este compus în principal dintr-o moleculă bipolară (ceea ce înseamnă că are capete atât • aminoglicozidele, hidrofobe cât și hidrofile), denumită • polipeptidele, lipopolizaharidă (LPS). LPS, denumită și • sinergistinele, endotoxina este considerată un puternic • neomicinele, stimulator al raspunsurilor imune. LPS • framomicina, bacitracina, colistina, activează celulele B și induce activarea vancomicina etc. [10, 16, 25, 27, 47, 58]. macrofagelor și a altor celule pentru eliberarea: In vitro acestea produc moartea celulelor interleukinei-I, interleukinei-6, factorului de bacteriene, si atunci când sunt utilizate în 7 Doma et al. Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 terapeutică nu au nevoie de ajutorul forțelor de 1.3. Moduri fundamentale de acțiune apărare specifice ale organismului. Din acest ale antibioticelor considerent ele sunt indicate mai ales în cazul animalelor epuizate, slăbite, la care sistemul Modul de actiune poate fi: imunitar este depresat (de ex. în cazul unor • gemistatic, viroze severe) [10, 16, 25, 27, 47, 5]. • gemicid, • germilitic (adică bacteriolitic). Tabelul 2. Clasificarea simplă a principalelor anti- După mecanismul de acțiune asupra structurii infecțioase după efect bacteriene, agenții antibacterieni sunt împărțiți în mai multe grupuri, redate sintetic în Tabelul 3 (10, 12, 15, 16, 25, 27, 32, 47, 58). Tabelul 3. Clasificarea antibioticelor după mecanismul de acțiune principal al antibioticelor Combinațiile de antibiotice în terapeutica modernă cel mai adesea sunt utilizate combinații de antibiotice care vin să mărească spectrul antibacterian și să reducă eventualele doze periculoase ale unor antibiotice, impiedicând în același timp și instalarea rezistențelor [9, 16, 25, 61]. O combinație antibiotică eficientă trebuie să respecte regulile: 1. Batericid + Bactericid = Sinergie (ex. gentamicină + carbenicilină, penicilină + streptomicină) 2. Bacteriostatic + Bacteriostatic = Adiție de efecte (ex. eritromicină + tetracicline) 3. Bacteriostatic + Bactericid = Antagonism. Nu se aplică! Tabelul 4. Cinetica unor antibiotice uzuale în medicina veterinară Sursa: Brander (1991) [10]. 8 Doma et al. Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 Tabelul 5. Absorbția și distribuirea unor antibiotice uzuale Sursa: Brander (1991) [10]. Tabelul 6. Principalele moduri de acțiune pentru agenți antimicrobieni cu utilizare veterinară Sursa: L. Cordiés Jackson și col. (2006) [15]. Clasa Reprezentantul Precursorul Spectrul Mod de actiune Inhibă etapele sintezei peretelui Beta-lactamine Penicillium notatum Penicilina G, celular: sinteza (peniciline si Bacterii Gram pozitive Cefalotin Cephalosporium spp. peptidoglicanului și a cefalosporine) ansamblării mureinei Inhibă etapele sintezei peretelui Beta-lactamine Ampicilin , Bacterii Gram pozitive și - celular: sint. peptidoglicanului și (semisintetice) Amoxicilin Gram negative a ansamblării mureinei Clamoxil = ac. Acidul Streptomyces Bacterii Gram pozitive și Inhibitor al beta-lactamazelor clavulanic + clavulanic clavuligerus Gram negative bacteriene amoxicilin Inhibă etapele sintezei peretelui Chromobacterium Bacterii Gram pozitive și celular: sinteza Monobactame Aztreonam violaceum Gram negative Peptidoglicanului și a ansamblării mureinei Inhibă etapele sintezei peretelui Streptomyces Bacterii Gram pozitive și celular: sinteza Carboxipeneme Imipenem cattleya Gram negative peptidoglicanului și a ansamblării mureinei Streptomyces Bacterii Gram pozitive și Inhibă faza de translație (în Streptomicina griseus Gram negative sinteza proteică) Aminoglicozide Bacterii Gram pozitive și Micromonospora Inhibă faza de translație (în Gentamicina Gram negative, mai ales species sinteza proteică) Pseudomonas 9 Doma et al. Medicamentul Veterinar / Veterinary Drug Vol. 9(2) Decembrie 2015 Amycolatopsis Bacterii Gram pozitive mai Inhibă etapele sintezei peretelui celular: sinteza Glicopeptide Vancomicina orientalis ales Staphylococcus peptidoglicanului și a (Nocardia orientalis) aureus ansamblării mureinei Bacterii Gram pozitive și Streptomyces Inhibă faza de translație (în Lincomicine Clindamicina Gram negative mai ales lincolnensis sinteza proteică) Bacteroides Bacterii Gram pozitive Streptomyces și Gram negative non Inhibă faza de translație (în Eritromicin, erythreus enterice, Neisseria, sinteza proteică) Legionella, Mycoplasma Macrolide Bacterii Gram pozitive Streptomyces i Gram negative non Inhibă faza de translație (în Azitromicina erythreus enterice, Neisseria, sinteza proteică) Legionella, Mycoplasma Bacillus Afectează membranele Polipeptide Polimixina Bacterii Gram negative polymyxa citoplasmatice Bacillus Inhibă etapele biosintezei și Bacitracina Bacterii Gram-pozitive subtilis ansamblării mureinei Streptomyces Inactivează membranele care Poliene Amfotericina Fungi (Histoplasma) nodosus conțin steroli Streptomyces Inactivează membranele care Nystatin Fungi (Candida) noursei conțin steroli Gram-positive și Gram- Streptomyces negative bacteria, Inhibă transcripția (ARN Rifamicine Rifampicin mediterranei Mycobacterium polmerazei bacteriene) tuberculosis Streptomyces Bacterii Gram pozitive și Inhibă tranzlația (sinteza Tetracicline Tetraciclin species Gram negative, Ricketsii proteică) Bacterii Gram pozitive și Inhibă tranzlația (sinteza Doxiciclin Semi-sintetic Gram negative, Ricketsii proteică) Ehrlichia, Borrelia Streptomyces Bacterii Gram pozitive și Inhibă tranzlația (sinteza Cloramfenicoli Cloramfenicol venezuelae Gram negative proteică) Mai ales bacterii Chinolone Acidul nalidixic sintetic Inhibă replicarea ADN Gram negative Bacterii Gram negative și Fluorochinolone Ciprofloxacin sintetic unele Gram pozitive Inhibă replicarea ADN (Bacillus anthracis) Sulfanilamida, Bacterii Gram pozitive Inhibă metabolismul acidului Gantrisin, sintetic și Gram negative folic Trimetoprim Analogi Mycobacterium Isoniazida Inhibă sinteza acidului micolic; sintetic competitivi (isonicotinilhidrazina) tuberculosis analog de pyridoxin Acidul para-amino- Mycobacterium sintetic Anti-fola i salicilic (PAS) tuberculosis 10
Description: