Quimioterapia Antibacteriana
Genética de la Resistencia a Multidrogas.-
Principio del formulario
La resistencia bacteriana a antibióticos se puede lograr a través de mecanismos
intrínsecos o adquiridos. Los mecanismos intrínsecos son aquellos que se
encuentran en los genes naturales encontrados en el cromosoma del anfitrión. Los
mecanismos adquirido implican mutaciones adentro genes apuntados por el
antibiótico y la transferencia de determinantes de resistencia desde plásmidos,
bacteriófagos, transposones, y del otro material genético móvil.
Mecanismos Generales de Resistencia.-
Sistemas de eflujo MDR (Multidrug resistance)
La mayoría de las proteínas de eflujo de fármacos pertenecen a 5 familias
distintas: RND (resistance-nodulation-cell division), MF (major facilitator),
SMR (staphylococcal/small multidrug resistance), ABC (ATP-binding cassette) y
MATE (multidrug and toxic compound extrusion). Estas familias son dependientes
de gradiente electroquímico de protón y sodio, por lo tanto llamados
transportadores secundarios. La familia de los ABC son transportadores
primarios ya que el eflujo es dependiente de la hidrólisis de ATP.
Bacterias gram-negativas y algunas gram-positivas han podido restringir la
penetración de agentes antibacterianos, y aquellos que logran pasar no alcanzan
grandes concentraciones debido a los sistemas de eflujo presentes.
Como se muestra en la figura, estosmecanismos afectan distintos agentes
antibacterianos, confiriéndoles resistencia a aquellos antibióticos. Muchos de
estos sistemas de eflujo acoplan H+ o Na+ ya sea en un mecanismo simporte o
antiporte, aprovechando el gradiente electroquímico que genera la célula en sus
diferentes compartimientos.
Figura 1: Esquema indicando algunos sistemas de eflujos que pueden modular la
salida de Fármacos; Abreviaciones: LPS, lipopolisacaridos; Ab, antibioticos;
Tc, tetraciclina; Mac, macrolidos.
Permeabilidad (Porinas)
La membrana externa de las bacterias gram-negativas son barreras muy potentes,
ya que evita el paso de compuestos hidrofilicos e hidrofóbicos. La presencia de
proteínas, llamadas porinas explica la entrada y salida de antibióticos y otras
moléculas orgánicas. Por lo tanto al reducir la expresión de porinas, se genera
un nuevo mecanismo por el cual estas células generan resistencia a la gran
cantidad de agentes antibacterianos que se disponen.
Mecanismos específicos de Antibacterianos.-
Sulfonamidas y Trimetoprim
Ambos son afectados por genes adquiridos y mutaciones cromosómicas para
sintetizar enzimas específicas que no son sensibles a la inhibición de estas
drogas. Para el caso de las sulfonamidas existen genes que expresan una
dihidropteroato sintetasa insensible a este fármaco, en cambio para trimetoprim
existen genes determinantes de la resistencia que ejercen cambios en la
dihidrofólico reductasa.
Betalactámicos.
La resistencia de Betalactámicos esta relacionada con la adquisición de genes
para expresar proteínas PBP alteradas (transglucolasas ytranspeptidasas) que
participan en la formación de la pared celular evitando la unión de los
Betalactámicos a la proteína.
La presencia de enzimas hidrolíticas destruyen los antibióticos betalactámicos.
La mayor parte de estas resistencias son especificadas por los genes situados
en plásmidos y transposones, otros son cromosómicos y proporcionan resistencia
intrínseca.
Aminoglicósidos
Existen enzimas que modifican los Aminoglicósidos y se encuentran especificadas
por los genes en elementos tranferibles. Aquí, la resistencia se logra con las
proteínas acetiltransferasas, fosfotransferasas, etc.
La resistencia a través la mutaciones cromosómicas esta impedida por la
presencia de operones, al igual que las tetraciclinas.
Fluorquinolonas.
Las mutaciones cromosomales específicas que resultan en mutaciones de la girasa
y de la topoisomerasa IV del DNA dan lugar a resistencia.
La resistencia esta relacionada también con genes adquiridos quienes expresan
proteínas PRP (pentapeptide repeat protein) y protege a la ADN girasa y
topoisomerasa IV de estas drogas. Las proteínas PRP imitan la estructura del
ADN (forma B) e interacciona con la ADN girasa (inhibiéndola), impidiendo la
acción inhibitoria de fluorquinolonas, aunque solo a bajas concentraciones.
Fenicoles (Cloranfenicol)
Son agentes antibióticos de amplio espectro y tóxicos, por lo que su uso es muy
restringido. Existen acetiltransferasas que inactivan el cloranfenicol (un
inhibidor de la síntesis proteica bacteriana).
Las proteínas de eflujo para fenicoles han sido clasificadas en 8 grupos
(E1-8). En general estas proteínasproveen de mayor resistencia que las
proteínas de eflujo tipo MDR.
MLS
Se unen al ARNr de la subunidad 23S y son afectados por erm (metilasa
resistente a eritromicina) que es producto de genes específicos.
La resistencia a través la mutaciones cromosómicas esta impedida por la
presencia de operones. Existen enzimas que inactivan los MLS como esterasas,
las hidrolasas, los glicosilasas, las fosfotransferasas, las
nucleotidiltransferasas, y las acetiltransferasas que pueden estar mediados por
estos mecanismos
Se han reportado proteínas de eflujo tipo ABC, entre otros.
Tetraciclinas
Las distintas resistencias a través de las mutaciones cromosómicas esta
impedida por la presencia de operones. Existen agentes protectores que poseen
actividad GTPasa y su función es facilitar la liberación de tetraciclinas del
ribosoma, dependiente de energía.
También existen grupos de proteínas de eflujo para las tetraciclinas. Algunos
grupos están relacionados con la síntesis de mediadores inducidos por
tetraciclinas a través de mecanismos diversos. El mecanismo de eflujo no es
conservado.
Recientemente, se descubrió una monooxigenasa flavina-dependiente que cataliza
una hidroxilación regioselectiva.
Glicopéptidos. Vancomicina
Actúan en los precursores de peptidoglucanos, en un paso anterior que los
Betalactámicos. La actividad de racemasas y deshidrogenasas resultan en la
producción de serina o lactato a partir de piruvato, que luego una ligasa los
une al carboxilo terminal del peptidoglicano para formar D-ala-D-ser o
D-ala-D-lac, alterandolo y disminuyendo la afinidad de losglucopeptidos
(vancomicina) a la unión del dipéptido terminal.
Manejo y uso racional de fármacos.-
La introducción de los antibióticos al mercado se correlaciono con la rápida
aparición de cepas bacterianas resistentes que se extendió para varios agentes
antibacterianos generando organismos MDR. Al investigar los mecanismos de
resistencia que se generaban para estos fármacos se comenzó a especular el
origen de estas apariciones. En un comienzo se explicaba por simples
mutaciones, pero luego con la aparición de organismos MDR se pudo concluir que intrincados
mecanismos adaptativos son los que se generaban frente a una exposición
constante a agentes letales para estos microorganismos, llegando a el punto en
que se encontraban cepas que no respondían a agentes antibacterianos que se
disponían en ese tiempo, lo que llevo a la búsqueda de nuevos blancos
farmacológicos, práctica que se sigue hasta hoy en día.
El tener en cuenta estos múltiples mecanismos de resistencia que presentan las
bacterias, los posibles blancos farmacológicos y la capacidad que tienen estos
microbios de incorporar mutaciones en su genoma son de especial atención en el
momento de crear nuevos antibióticos.
Bajo esta mirada, la idea de mejorar el perfil farmacológico de antibióticos
existentes mediante la unión covalente de dos diversos farmacóforos (sitios
activos de los fármacos) data hace más de 30 años. Las limitaciones del
acercamiento pueden variar, siendo de especial interés la actividad reducida,
solubilidad pobre, estabilidad limitada, farmacocinética desfavorable, o
permeabilidad de membranaexterna reducida, los cuales están por lo menos en
parte, producidos por la inherente unión entre ellos, que producirían aumento
del peso molecular, adición de sitios de clivaje por la unión de las dos
mitades e interacción subóptima de cada uno de los fármacos a su blanco
individual.
En combinaciones de fluoroquinolona-oxazolidinona, el espaciador central fue
estudiado como un elemento crucial para balancear el modo de acción de los dos
farmacóforos con sus blancos individuales dando por resultado espectro
optimizados de gran potencia.
Otra estrategia para reducir estas desventajas, en vez de combinar dos
farmacóforos existentes separados vía linker, serían tener como objetivo el
reducir del peso molecular omitiendo la formación del linker y condensando los
dos sitios de la interacción del blanco en un solo farmacóforo.
Mirando estos logros y el espacio total que da la oportunidad proporcionada por
el acercamiento híbrido, es necesario tener presente, sin embargo, que además
de agregar cualidades beneficiosas de dos farmacóforos, también las
características indeseadas de ambas subpartes moleculares también pueden ser
combinadas (e.g. con respecto a tolerabilidad).
Referencias.-
Michael N. Alekshun and Stuart B. Levy. “Molecular Mechanisms of Antibacterial
Multidrug Resistance”. Cell 128, 1037-1050, March 23, 2007.-
Heike Brötz-Oesterhelt and Nina A Brunner. “How many modes of action should an
antibiotic have?”. Current Opinion in Pharmacology 2008, 8:1–10.-
Gary Taubes. “The Bacteria fight back”. Science vol 321, 356-361, 18 July
2008.-
