Antibiotici: definizione, meccanismi e spettro d'azione

Antibiotici: Definizione e Produzione

Elena GrazioliAntibiotici Gli antibiotici (dal greco anti, contro, e bios, vita)sono molecole prodotte da microrganismi, attive nei confronti di altri microrganismi di cui inibiscono lo sviluppo. I microrganismi più impiegati per la produzione di antibiotici sono:

• muffe (Aspergillus),
• batteri filamentosi (Streptomyces),
• batteri non filamentosi (Bacillus)

Gli antibiotici sono metaboliti secondari, ovvero sostanze non indispensabili nella crescita delle cellule (tanto che solo pochi microrganismi li producono), ma che i microrganismi producono per difendersi da altri microrganismi. OAntibiotici: produzione La produzione industriale degli antibiotici può essere per via esclusivamente biotecnologica o fermentativa via semisintetica: che derivano da modifiche del prodotto microbico originario effettuate artificialmente in laboratorio antibiotici naturali antibiotici semisintetici

Storia degli Antibiotici

Precursori e Scoperta della Penicillina

Antibiotici: storia Vincenzo Tiberio è stato un medico e ricercatore italiano, noto per essere uno dei precursori nello studio delle proprietà antibiotiche delle muffe. Nato a Sepino, in Molise, nel 1869, Tiberio osservò che l'acqua di un pozzo, quando ripulita dalle muffe, causava problemi di salute agli abitanti, mentre la presenza delle muffe sembrava avere un effetto protettivo. Questo lo portò a condurre esperimenti scientifici che dimostrarono il potere battericida di alcune muffe, come il Penicillium glaucum. Nel 1895, pubblicò i risultati delle sue ricerche sugli Annali di Igiene Sperimentale, anticipando di circa 35 anni la scoperta della penicillina da parte di Alexander Fleming. Tuttavia, il suo lavoro non ricevette l'attenzione che meritava all'epoca, e il suo contributo è stato riconosciuto solo postumo.Antibiotici: storia La scoperta del primo antibiotico risale al 1928 quando Alexander Fleming, un batteriologo scozzese, scoprì accidentalmente la penicillina, il primo antibiotico naturale. Durante un esperimento, notò che una muffa (Penicillium notatum) aveva eliminato i batteri su una piastra di coltura. Questa scoperta aprì la strada alla ricerca sugli antibiotici e rivoluzionato la storia della medicina eliminando infezioni prima incurabili. FGRRRAntibiotici: storia La scoperta di Fleming ebbe concreta applicazione solo alla fine degli anni '30 grazie ai ricercatori Howard Florey, Ernst Boris Chain e Norman Heatley, che riuscirono ad estrarre e purificare la penicillina. Ernst Boris Chain (1906-1979). Howard Florey (1898-1968). Norman Heatley (1911-2004). La prima sperimentazione della penicillina su un essere umano fu fatta nel 1941 e due anni dopo ne venne autorizzato l'utilizzo in un ospedale militare. A questo primo antibiotico si deve la cura di moltissime infezioni, come quelle della pelle, le polmoniti, le meningiti e le setticemie, le infezioni intestinali gravi che erano causa di morte anche in breve tempo.

Ruolo della Penicillina nella Seconda Guerra Mondiale

Antibiotici: storia Dal 1943 in poi, la penicillina iniziò a essere prodotta in grandi quantità, ed ebbe per questo un ruolo cruciale nella Seconda Guerra Mondiale, andando a salvare la vita dei soldati impegnati in operazioni di guerra, e ridurre il rischio di amputazioni a causa delle infezioni provocate dalle ferite. Thanks to PENICILLIN He Will Come Home !

Scoperta delle Cefalosporine

Antibiotici: storia Durante gli anni 40 vennero scoperti altri antibiotici, e tra i ricercatori ricordiamo: Giuseppe Brotzu medico, farmacologo e politico italiano, noto soprattutto per la scoperta delle cefalosporine, una classe di antibiotici fondamentali nella medicina moderna. Brotzu osservò che le acque inquinate del porto di Cagliari sembravano inibire la crescita di batteri patogeni. Questa intuizione lo portò a isolare un micete, il Cephalosporium acremonium, da cui derivano le cefalosporine. La sua scoperta, avvenuta tra il 1943 e il 1945, fu rivoluzionaria, poiché le cefalosporine si dimostrarono efficaci contro batteri resistenti alla penicillina. Brotzu testo personalmente la sostanza per verificarne la sicurezza e successivamente la sperimentò su pazienti con infezioni gravi, ottenendo risultati promettenti.

Meccanismo d'Azione degli Antibiotici

Azione Battericida e Batteriostatica

Antibiotici: meccanismo d'azione L'azione antimicrobica di un antibiotico può esprimersi come: AZIONE BATTERICIDA Questi antibiotici uccidono i batteri direttamente. Distruggono la struttura cellulare o interferiscono con processi vitali essenziali, causando la morte del batterio. Esempi: penicilline, cefalosporine, chinoloni. AZIONE BATTERIOSTATICA Questi antibiotici non uccidono i batteri, ma ne impediscono la crescita e la replicazione. Interferiscono con processi come la sintesi proteica o la replicazione del DNA, rallentando così l'attività batterica. Esempi: tetracicline, cloramfenicolo, sulfonamidi.

Principali Meccanismi d'Azione

Antibiotici: meccanismo d'azione I principali meccanismi d'azione:

1. Inibizione della sintesi della parete cellulare: ○ Alcuni antibiotici, come la penicillina e altri beta-lattamici, impediscono ai batteri di costruire la loro parete cellulare, essenziale per la loro sopravvivenza. Senza la parete, i batteri esplodono (lisi cellulare).
2. Blocco della sintesi proteica: ○ Antibiotici come le tetracicline e gli aminoglicosidi si legano ai ribosomi batterici, bloccando la produzione di proteine necessarie per la crescita e la riproduzione. I ribosomi batterici sono diversi da quelli umani, quindi l'effetto è specifico.
3. Inibizione della replicazione o della trascrizione del DNA: o Alcuni, come i chinoloni, impediscono la duplicazione del DNA batterico o la sua trascrizione in RNA, bloccando la capacità dei batteri di riprodursi.
4. Alterazione della membrana cellulare: ○ Antibiotici come la polimixina danneggiano la membrana dei batteri, causando perdita di sostanze vitali e morte cellulare.
5. Inibizione della sintesi dei metaboliti essenziali: Alcuni antibiotici, come i sulfonamidi, bloccano la produzione di acido folico, un composto ○ essenziale per il metabolismo dei batteri.

Molecole e Siti d'Azione

Antibiotici: meccanismo d'azione Eritromicina Cloramfenicolo Penicilina Cefalosporine Bacitracina Vancomicina Molecole che agiscono a livello del ribosoma e bloccano la sintesi proteica Subunità 50S Azione sulla parete cellulare Ribosoma Acido folico Nel citoplasma a livello acido folico Trimetoprim Sulfonamide PABA* Subunità 30S Gentamicina Tetracicline Streptomicina Azione sulla membrana cellulare Polimixina Nistatina Azione suDNA e RNA Rifamicina Actinomicina, daunomicina (antitumorali)

Spettro d'Azione degli Antibiotici

Classificazione per Spettro

Antibiotici: spettro d'azione Gli antibiotici possono essere classificati anche in base alla gamma di batteri contro i quali un antibiotico è efficace. ANTIBIOTICI AD AMPIO SPETTRO Efficaci contro un'ampia varietà di batteri, inclusi sia Gram-positivi che Gram-negativi. Sono utili quando non si conosce ancora con precisione il batterio responsabile di un'infezione, o per trattare infezioni miste. Esempi: Amoxicillina, Tetracicline, Ciprofloxacina. ANTIBIOTICI A SPETTRO RISTRETTO Efficaci contro un numero limitato di batteri, di solito specifici tipi di Gram-positivi o Gram-negativi. Vengono utilizzati quando si conosce con precisione il batterio responsabile dell'infezione. Esempi: Penicillina G, Eritromicina.

Batteri Gram-positivi e Gram-negativi

Gram-positivi e Gram-negativi I batteri Gram-positivi e Gram-negativi sono due gruppi principali di batteri che vengono distinti in base alla loro reazione alla colorazione di Gram, una tecnica di laboratorio sviluppata dal medico danese Hans Christian Gram nel 1884. Questa classificazione si basa sulla struttura della parete cellulare batterica Batteri Gram-positivi · Hanno una parete cellulare spessa composta principalmente da peptidoglicano. · Durante la colorazione di Gram, assumendo una colorazione viola o blu al microscopio. · Sono più sensibili agli antibiotici che agiscono sulla parete cellulare, come le penicilline. GRAM + GRAM - + + GRAM - GRAM + Batteri Gram-negativi · Hanno una parete cellulare più complessa e sottile, con uno strato di peptidoglicano più ridotto e una membrana esterna aggiuntiva. · Durante la colorazione di Gram, si colorano di rosa o rosso · La membrana esterna li rende più resistenti a certi antibiotici e più difficili da trattare.

Tabella Riepilogativa Antibiotici

Antibiotico Microrganismo produttore Attività Meccanismo/sito d'azinone B-lattamici Penicilline Penicillium chrysogenum Piccolo spettro Sintesi della parete cellulare Cefalosporine Acremonium chrysogenum Ampio spettro Sintesi della parete cellulare Monobattami Chromobacterium violaceum Gram- Sintesi della parete cellulare Polipetidici Bacitracina Bacillus subtilis Gram+ Sintesi della parete cellulare Polimixina B Paenibacillus polymixa Gram- Membrana cellulare Macrolidi Eritromicina Saccharapolyopora erythraea (Streptomyces erythraeus) Gram+ Sintesi delle proteine Tilosina Streptomyces fradie Gram+ Sintesi delle proteine Aminoglucosidici Gentamicina Micromonospora purpurea Ampio spettro Sintesi delle proteine Neomicina Streptomyces fradie Ampio spettro Sintesi delle proteine Streptomicina Streptomyces griseus Gram- Sintesi delle proteine Tetracicline Streptomyces Ampio spettro Sintesi delle proteine Vancomicina Streptomyces orientalis Gram+ Sintesi delle parete cellulare Rifampicina Amycolatopsis mediterranei (Streptomyces mediterranei) Tubercolosi Sintesi RNA Antibiotici antifungini Polieni Streptomyces nodosus Funghi Membrana cellulare Griseofulvina Penicillium griseofulvum Funghi Microtubuli

Tossicità Selettiva degli Antibiotici

Differenze tra Cellule Batteriche ed Eucariotiche

Perché gli antibiotici uccidono i batteri e non le cellule eucariotiche? Gli antibiotici hanno la capacità di colpire specificamente i batteri senza danneggiare le cellule eucariotiche, come quelle umane. Questa capacità si chiama TOSSICITÀ SELETTIVA OTOSSICITÀ SELETTIVA La tossicità selettiva è data dal fatto che i bersagli molecolari contro cui agiscono gli antibiotici sono infatti specifici delle cellule batteriche Differenze nella parete cellulare I batteri possiedono una parete cellulare fatta di peptidoglicano, che è assente nelle cellule eucariotiche. Gli antibiotici come le penicilline colpiscono questa struttura, lasciando intatte le cellule umane. Differenze nei ribosomi: I ribosomi batterici sono diversi da quelli eucariotici. Antibiotici come tetracicline e aminoglicosidi si legano specificamente ai ribosomi batterici, bloccando la sintesi proteica nei batteri, ma non nelle cellule umane. Enzimi specifici: Gli antibiotici spesso prendono di mira enzimi batterici specifici, come le DNA girasi, essenziali per la replicazione del DNA batterico, ma assenti nelle cellule eucariotiche. Vie metaboliche uniche nei batteri: Alcuni antibiotici interferiscono con vie metaboliche specifiche dei batteri che sono assenti nell'uomo. Ad esempio, i batteri sintetizzano l'acido folico attraverso una via che gli antibiotici sulfonamidi bloccano, mentre gli esseri umani lo assumono dalla dieta e non sono quindi influenzati.