VL 16 "Wachstumshemmung, Antiinfektiva/Antibiotika"

1. Hitzesterilisation

2. Sterilisation durch Bestrahlung

(UV-Strahlung; ionisierende Strahlung (Röntgen etc.))

3. Filtersterilisation (0,2 – 0,4 μm)

1. Antimikrobielle Wirkstoffe allgemein

2. Antibiotika

• Pasteurisierung: kurze Hitzebehandlung, es werden nicht alle MO abgetötet, vernichtet keine Endosporen

• Autoklavieren: 20 min bei 121 Grad, Dampf, vernichtet Endosporen

• Bakteriostatisch: hemmt das Wachstum

• Bakterizid: tötet

• Ethanol in höher Konzentration

  • Koagulation der Proteine

• Oberflächenaktive Agenzien (Detergenzien)

  (z.B. Alkohole, Phenole, Kresole, ...)

  • schädigen die Cytoplasmamembran

• Schwermetalle (Kupfer, Silber, Quecksilber, ...):

  binden an die SH-Gruppen von Enzymen;

  funktionelle Thiolgruppe des Coenzyms A wird ebenfalls blockiert

• Cyanid: Blockiert durch Bindung des Eisens die Funktion der Cytochromoxidase (terminales Enzym der aeroben Atmung)

• Kohlenmonoxid: kompetitive Hemmung der Cytochromoxidase (Konkurrenz um den freien Sauerstoff)

• 2,4-Dinitrophenol: entkoppelt die Atmungskettenphosphorylierung (keine ATP-Synthese mehr)

• Arsenat: hemmt Substratkettenphosphorylierung

• Fluoracetat: hemmt den Citratzyklus

• Antibiotika: Bakterielle Infekte

• Antimykotika: Pilzinfektionen

• Antiparasita: Parasitäre Infektionen

• Antiviralia: Virale Infekte

• Antibiotika hemmen das Wachstum von Bakterien oder töten sie.

• Bakterizide blockieren einen Stoffwechselvorgang in den Bakterien, der lebensnotwendig ist. Da dies auf verschiedene Weisen geschehen kann, gibt es viele verschiedene Antibiotika mit diesem Wirkmechanismus.

• Bakteriostatika töten primär keine Zellen, sondern hindern sie

daran, sich zu vermehren. An der Wachstumshemmung sterben sie dann ebenfalls.

• Penicillin war 1929 das erste Antibiotikum,

  von Alexander Fleming entdeckt

• Wachstumshemmung von Staphylokokken

  auf Agarplatte, die mit Penicillum-Pilzen kontaminiert war.

• Penicillin wirkt vor allem gegen Staphylokokken und

  Streptokokken (Gram+-Bakterien)

• Erst 1945 wurde Penicillin analysiert und synthetisiert.

  Im gleichen Jahr erhielten Fleming, Chain und Florey

  den Nobelpreis dafür.

• Nach dem 2. Weltkrieg neue Antibiotika wie Streptomycin,

  Chloramphenicol, und Tetracycline auf.

  Die neuen Antibiotika waren gegen Gram+und Gram- -Bakterien wirksam.

• Heute halbsynthetische und vollsynthetische

  Antibiotika der 3. Generation.

A: Zellwand (z.B. ß-Laktam-antibiotika und Glykopeptide)

B: Zytoplasmamembran (z.B. Polymyxin)

C: DNA-Replikation (z.B. Chinolone)

D: Transkription (z.B. Rifampicin)

E: Proteinbiosynthese /Störung der Translation (z.B. Makrolide und Aminoglykoside)

F: Folsäuresynthese (z.B. Trimethoprim und Sulfonamide)

• Beispiele:

  • Penicllin

  • Cephalosporin

  • Carbapeneme

• besitzen ß-Lactam Ring

• Seitenkette bestimmt antibakterielle Wikrung

  
  

  
  

• verhindern die Zellwandpolymerisation oder die Anlagerung neuer Peptidoglycane.

  Sie wirken nicht bakteriostatisch – sondern bakteriozid!

• bei Gram+-Bakterien durch Zellwand und an Zellmembran

  Dort werden z.B. Penicilline durch spezielle Proteine gebunden.

• bei Gram- -Bakterien:

  nur Weg durch die engen Porin-Poren (Viele Antibiotika sind deshalb wirkungslos, weil sie nicht in die Zelle eintreten können.)

Bei der Transpeptidierung der Diaminosäure des einen N-

Acetylmuraminsäure (Mur)-Bausteines und des D-Alanins

eines zweiten, wird ein endständiges D-Alanin

abgespalten.

Die Transpeptidierung erfolgt durch die Transpeptidase

(Penicillin-Binde-Protein).

1. Enzyme MurA und MurB

• UDP + N-Acetylglucosamin (Glu) zu aktivierter Form:

  UDP-N-Acetylmuraminsäure(Mur).

2. UMP wird von UDP-aktivierten Mur abgespalten. 5AS angehängt.

3. Mureinheit auf Lipid I gebunden.

4. UDP -Glu wird unter Verbrauch des UDP an Lipid II gebunden

5. Transglykosylierung durch Transglykosidasen. Knüpfung der neuen Zuckereinheit mit einem bestehenden Strang

6. Transpeptidierung: Quervernetzung der Mureinbausteine durch Transpeptidasen (Penicillinbinde- Proteine).

1. Daptomycin wird von Calcium aktiviert

2. Daptomycin dringt in Zytoplasmamembran ein.

3. Daptomycinmoleküle binden aneinander

> Ionenkanal.

4. Kalziumionen strömen aus dem Zellinneren

> Membranpotenzial wird destabilisiert Zelle

• Fluorchinolone (Gyrasehemmer)

• Nitroimidazol

• 50S-Inhibitoren

  • Makrolide (Ethyromycin)

  • Lincosamide

  • Streptograminde

  • Chloramphenicol

  • Oxazolidinone

• 30SS-Inhibitoren

  • Aminoglykoside (Streptomycin)

  • Tetrazykline

  • Glycylglycine

• binden an die 30s-Untereinheit der Bakterien-Ribosomen und hemmen die Proteinsynthese, indem sie die korrekte Translation verhindern oder die Peptidbindung der Aminosäuren blockieren. Sie wirken bakterizid.

• Werden von den fadenbildenden Bakterien, den Aktinomyceten gebildet.

• Man verwendet sie dann, wenn ernsthafte Infektionen durch

Gram- -Bakterien wie E. Coli und Klebsiella vorliegen.

• Tetracycline hemmen Anlagerung der Aminoacyl-tRNA an die

Ribosomen

• ß-Lactam-Antibitotika

• Aminoglycoside

• Fluorchinolone/Gyrasehemmer

• Polypeptid-AB

• Sulfonamide, Diaminopyrimidine

• Tetracykline

• Fenicole

• Antibiotikareistenz

• Antibiotika verlieren ihre Wirksamkeit gegenüber Bakterien durch verschiedene Resistenzmechanismen

• Problem wird verschärft durch übermäßigen Gebrauch von Antibiotika in der Human- und Veterinär-Medizin

1. Veränderung des Wirkortes

2. Reduktion der Konzentration des Antibiotikums am Wirkort

3. Aktivierung alternativer Stoffwechselwege

• Resistenz besteht, wenn die minimale Hemmkonzentration

  (MHK = niedrigste Konzentration, die die Vermehrung von

  Mikroorganismen noch hemmt) eines Antibiotikums höher liegt als die Serumkonzentration des Patienten, die erreicht werden muss, um eine Wirkung zu erzielen.

• MHK höher als die höchste erreichbare (und nicht toxische)

  Serum- bzw. Gewebekonzentration des Antibiotikums

• natürliche Resistenz: „Lücke im Wirkspektrum“

• mutationsbedingte Resistenz:

  > spontan: vor der Therapie erworbene Resistenz

  > sekundär: während der Therapie erworbene Resistenz (Transposons, Plasmide)

• Zoonosen = Krankheiten bzw. Infektionen, die auf natürlichem Weg direkt oder indirekt zwischen Tieren und Menschen übertragen werden können.

• Mit Zoonoseerregern kontaminierte Lebensmittel stellen eine wichtige Infektionsquelle für den Menschen dar:

> während Schlachtung und Weiterverarbeitung auf Fleisch übertragen

>in Milch vorkommend

• Häufige Erreger lebensmittelbedingter Infektionen:

> Campylobacter spp.

> Salmonella spp.

> Listeria monocytogenes

> verotoxinbildende E. coli (VTEC)

>MRSA und ESBL/AmpC-bildende E. coli

(eher schwerwiegende Krankenhausinfektionen)

• Agardiffusionstest (Messen der Hemmhofgröße)

• etest (direktes Ablesen der MHK)

• Mittels Automaten (Vitek 2)

• Reihenverdünnungstest (in MHB)

• MRSA = Methicillin resistente S. aureus

• VISA/GISA = Glykopeptidresistente Staphylokokken

• PRSP = Penicillin-resitente S. pneumoniae

• VRE = Vancomycin-resistente Enterokokken

GRE = Glycopeptidresitente Enterokokken

• MRGN = multiresistente gram-negative Stäbchen

• ESBL (2MRGN) = extended-spectrum-beta-lactamase bildende

gram-negative Stäbchen

• Methicillin/Oxacillin resistente Staphylokokken

• Gram positiv

• Wirkung des Penicillins:

  Bindet an die Penicillinbindeproteine (PBP) während der Zellteilung

=> verhindert Mureinvernetzung => Löcher in der Zellwand

• Staphylokokkus aureus bildet PBP2 mit nur geringer Affinität für ß-Laktam-Antibiotika

• Infektionsquelle: Wunde, Trachealsekret, Nasen-/Rachenraum

• Übertragung: direkter/indirekter Kontakt, Tröpfcheninfektion

• Meldepflicht

• höhere Sterblichkeit

• Reserveantibiotika wirken nicht so gut wie normale Antibiotika bei normalen Staph. aureus

• höhere Kosten

• Gram positiv

• z.B.: Vancomycin/Teicoplanin

=> binden an AS Sequenz des Peptidoglykananteils der

Zellmembran

=> keine Membranvernetzung möglich

• Entstanden durch häufigen Einsatz bei MRSA Infektionen

• Vancomycin-resistente Enterokokken

• Enterokokken sind normaler Bestandteil der gastrointestinalen Flora

• Am häufigsten: E. faecalis, E. faecium

• Normale Resistenzen: Cephalosporine, Aminoglykoside, Chinolone

• Vancomycin-resistente Enterokokken (VRE) bezeichnet

  Enterokokken mit Vancomycin-Resistenz unabhängig von der Spezies.

• 8 Typen davon klin. relevant:

>Typ vanA (Vancomycin und Teicoplanin resistent)

> Typ vanB (Vancomycin resistent)

• Meldepflicht:

• Vancomycin dient als Leitantibiotikum für Enterokokken

• Für Vancomycin-Resistenz bei Enterokokken existieren acht Varianten (VanA-N) mit unterschiedlichen genetischen Grundlagen und Eigenschaften. Besonders häufig sind die Resistenztypen VanA und VanB.

• Einzelne Resistenzdeterminanten können durch horizontalen Gentransfer Stamm- und Speziesübergreifend übertragen werden.

• Auch gegen Reserveantibiotika haben sich Resistenzen entwickelt, z.B.:

> Linezolid-resistente Enterokokken (LRE)

> Linezolid Vancomycin-resistente Enterokokken (LVRE)

• extended-spectrum-beta-lactamase bildende gram-negative Stäbchen

• Enterobacteriaceae ( Klebsiellen, E. coli)

• Resistenz gegen ß-Laktame und Breitspektrum Cephalosporine und Aztreonam (Monobactam)

• Bilden Lactamasen

• Mehr als 150 Enzymvarianten bekannt

• Vorkommen: Stuhl, anogenitaler Bereich, selten Atemwege

• Übertragung: direkt/indirekt z.B.: Stethoskop

• Meldepflicht: nicht namentlich bei gehäuftem Vorkommen

• Therapie

  • Behandlung des Grundleidens

  • Pseudomonas-Lücke bei vielen Cephalosporinen

    und Aminoglykosid-Antibiotika (z.B. Steptomycin)

  • Pseudomonas-wirksame Carbapeneme (Imipenem, Meropenem)

  • Pseudomonas-wirksame Fluorchinolone (FQ) (z.B. Ciprofloxacin)

  • Pseudomonas-wirksame Aminoglykoside (AMG) (z.B. Gentamicin)

  • Bei invasiven Infektionen immer Kombinationstherapie

  • Resistenzentstehung unter Therapie sehr häufig

• Prophylaxe

  • Strenge Krankenhaushygiene in Bereichen von immunsupprimierten Patienten (Waschbecken, Lüftungen, Toiletten,...)!

• Durch Mutationen bedingte Veränderungen in Zielstrukturen (Topoisomerasen, ribosomale Proteine)

  > Resistenz gegen FQ und AMG

• Durch Mutationen bedingte Derepression von chromosomal-kodierten AmpC β-Lactamasen

  > Resistenz gegen Penicilline und Cephalosporine

• Durch Mutationen bedingter Verlust des OMPs D (OprD)

  > Verminderte Aufnahme von Carbapenemen (bes. Imipenem)

• Durch Mutationen bedingte Überexpression von Efflux-Pumpen (MexAB-OprM u. a.)

  > Resistenz gegen FQ, AMG, β-Lactame

• Erwerb von Plasmid-kodierten Genen zur Bildung von diversen β-Lactamasen, AMG-modifizierenden Enzymen und 16S rRNA ribosomalen Methylasen

  > Resistenz gegen β-Lactame (einschl. Carbapeneme durch MBL) sowie (hochgradige) Resistenz gegen AMG

• Streptomycin (Aminoglykosid):

  Hemmung der Ausbildung der Peptidbindung durch Bindung an die 30S-Untereinheit, Ablesefehler an der mRNA

• Erythromycin:

  Makrolide binden reversibel an die ribosomale 50S-Untereinheit und inhibieren die Translokation der t-RNA. Sie wirken bakteriostatisch oder bakterizid, je nach Substanzkonzentration.

• Tetracycline:

  hemmen Anlagerung der Aminoacyl-tRNA an die Ribosomen

• Chloramphenicol:

  verhindert Einbau von Aminosäuren in Proteine durch Interferenz mit Peptidyltransferase

  (dient in der Chemotherapie als hochwirksames

  Bakteriostatikum)

• Mitomycin C: verhindert selektiv die DNA-Synthese

  (Vernetzung des DNA-Doppelstrangs oder Strangbrüche)

• Actinomycin D: Komplexbildung mit DNA-Doppelstrang,

  durch Anlagerung an Guanin

  > Synthese von RNA-Typen wird verhindert; DNA-Replikation kann stattfinden

• Rifampicin: verhindert die mRNA-Synthese durch Wirkung

  auf die DNA-abhängige RNA-Polymerase

• Penicillin, Cephalosporin:

  Hemmung der Peptidoglycansynthese