Les antibiotiques 1.Généralités sur les antibiotiques Définition : du grec anti : contre et bios : la vie Produits microbiens ou leurs dérivés, capables, même à de très faibles concentrations, de tuer les microorganismes sensibles, ou d’inhiber leur développement. Substances naturelles, semi synthétiques ou synthétiques douées antimicrobiennes. des propriétés Historique Fleming A. 1928 Pénicilline G produit par Penicillium notatum qui avait contaminé une culture bactérienne de laboratoire Waksman S. en 1944, la Streptomycine produit par Streptomyces griseus. Historique En 1953, Chloramphénicol, Néomycine, Tétracycline ont été isolés à partir des microorganismes. Depuis cette date, environ 10000 antibiotiques ont été isolés. Seulement une centaine sont utilisées Origine des antibiotiques naturels 70% Streptomyces 20% Mycètes : Penicillium, Céphalosporuim, Aspargillus 10% non actinomycètes: Bacillus et Pseudomonas Les Streptomyces Gram + , Aérobies, le sol décomposition et minéralisation des matières organiques Amylases, cellulases et protéases. forment des hyphes ramifiés non fragmentés et des spores asexuées Spectre d’action Champ d’efficacité. ATB à spectre étroit ont une efficacité limitée à un nombre restreint d’espèces de microorganismes. ATB à large spectre: actifs contre plusieurs microorganismes pathogènes différents. bactéricides bactériostatiques - - Un antibiotique bactéricide à une telle concentration peut s’avérer bactériostatique à des concentrations plus faibles. chaque antibiotique possède un mode d’action spécifique en fonction de leur concentration et du temps de contact avec les microorganismes. Spectre d'activité des antibiotiques selon la nature de la paroi Ampicilline, Meropénème ; Azithromycine Gentamicine, Ciprofloxacine Moxifloxacine Interprétation Ce schéma illustre l'influence de 6 antibiotiques différents sur la croissance de Listeria monocytogenes. - Abscisse: temps (h) - Ordonnée: nombre de colonies / ml On observe que l'ampicilline, le meropénème et l'azithromycine sont bactériostatiques car le nombre de colonies reste le même. Par contre la gentamicine, la ciprofloxacine et la moxifloxacine sont bactéricides, car il y a une décroissance du nombre de colonies bactériennes. Site d’action Paroi bactérienne Membrane La paroi "β-lactamines Glycopeptides Fosfomycine La membrane Polymyxines Lipopeptides plasmique Ribosomes Acides nucléiques . Pour être efficace l’antibiotique doit avoir une toxicité sélective L ’ADN Quinolones Rifamycines Nitroimidazolés Sulfamides Le ribosome Aminosides Macrolides Lincosamides Synergistines Tétracyclines Acide fusidique Phénicolés Différents types des antibiotiques Naturels Synthétisés par des microorganismes Pénicillines Céphalosporines Synthétiques par des méthodes chimiques. chloramphénicol sulfamides. Semi-synthétiques antibiotiques naturels ayant subi des modifications par l’addition de groupes chimiques supplémentaires dans le but de les rendre plus stables et plus efficaces; Ampicilline carbénicilline. Classification Selon la famille chimique : Pénicillines Céphalosporines Aminosides Tétracycline Macrolides Streptogamines lincosamides Phénicolés Quinolones Sulfamides Rifamycines Nitroimidazoles Polymyxines Glycopeptides Autres 1.Pénicillines Dérivés de l’acide 6aminopénicilla nique contenant un noyau βlactame Diffèrent par la chaîne latérale fixée au groupe aminé. Agissent sur la paroi bactérienne. Pénicillines Pénicilline G : instable, gonocoques, méningocoques, streptocoques , staphylocoques Pénicilline V : résistant à l’acide , voie orale. Ampicilline: Stable en milieu acide; Haemophilus, Salmonella , Shigella et les Gram + . Carbénicilline et Ticarcilline : Pseudomonas et Proteus . Méthicilline, Nafcilline et Oxacilline ::résistantes pénicillinase. à la 2. Céphalosporines Produit par Cephalosporuim Dérivés de l’acide 7- aminocéphalospora nique Inhibent synthèse peptidoglycane. A large spectre. la du 3. Aminoglycosides Streptomyces Micromonospora : Streptomycine, kanamycine, Néomycine, Tobramycine Gentamycine un noyau cyclohexane et des sucres aminés Bactéricides à large spectre. Inhibent la synthèse protéique 3. Aminoglycosides 4. Tétracyclines Structure à 4 cycles sur lesquels fixées diverses chaînes latérales Tétracycline Chloratétracycline Auréomycine (Cl ; H) ; Doxycycline Oxytétracycline (H ; OH). Large spectre, bactériostatiques. Inhibent la synthèse protéique. 5. Macrolides Un cycle lactone de 12- 22 carbones associé à deux ou plusieurs sucres Classés selon la taille du cycle lactone. Erythromycine, Spiramycine Bactériostatiques, large spectre. Bactéries à multiplication intracellulaire : Legionella, Chlamydia, Campylobacter et Mycoplasmes inhibent protéique. la synthèse 6. Streptogramines Synergistines, apparentés aux macrolides. Produits par Streptomyces: Streptomyces pristinaespiralis Formé de deux types de molécules : Les molécules du groupes A: Anneau macrolactone polyinsaturé Les molécules du groupe B: Hexadepsipeptide cyclique Synergie avec les Aminosides et la Rifampicine. Bactéricide bactéries pathogènes Gram +. Exemple : la quinupristine ou dalfopristine. Groupe B (ou S) : hexadepsipeptides cycliques, de masse moléculaire environ 800. Exemples : Pristinamycines I et Virginiamycines S 7. Lincosamides Lincomycine : obtenue en 1962 de Streptomyces lincolnensis. Clindamycine : un dérivé de lincomycine obtenu par synthèse chimique. Le spectre d’action recouvre les gram+ et anaérobies (bateroïdes fragilis, Clostriduim). Antagonistes des Macrolides et des Phénicolés. 8. Phénicolés Dérivés de l’acide dichloroacétique. Chloramphénicol Streptomyces venezuelae synthèse chimique Thiamphénicol. A large spectre Réactions allergiques ou neurologiques. Bactériostatiques Inhibe la synthèse protéique. 9. Quinolones Synthétiques Un noyau 4-quinolone. Le premier synthétisé en 1962 ; est l’acide nalidixique Bactéricides, à large spectre. Très efficaces contre les entérobactéries et d’autres bactéries gram -. Actifs contre des gram + telles que S. aureus, Str. pyogenes et M. tuberculosis. Inhibe la réplication et la transcription. Quinolones Classées en 4 groupes Exemples: Acide nalidixique Norfloxacine, Ofloxacine, Ciprofloxacine Lévofloxacine, Moxifloxacine Traitement des Infections urinaire, gastro-intestinal et respiratoire; des MST dues au Neisseria Chlamydia 10. Sulfamides Synthètiques Structure proche de sulfanilamide analogue de structure de l’acide –paminobenzoïque. Cet acide participe à la synthèse de l’acide folique. Acide folique est essentiel à la synthèse des bases azotiques. L’inhibition des bases conduit à l’arrêt de la croissance. Bactériostatiques , à large spectre. 10. Sulfamides Entre en compétition avec l’acide –paminobenzoïque pour le site actif d’une des enzymes impliquées dans la synthèse de l’acide folique. Sélectivement toxiques pour les bactéries pathogènes qui fabriquent leur propre acide folique. 11. Rifamycines Isolés de Nocardia mediterranei. Bactériostatiques à large spectre de faible toxicité. Transcription Rifampicine. Molecular Weight: 697.76858 [g/mol] Molecular Formula: C37H47NO12 12. Nitroimidazoles Formula:C3H3N3O2 Azomycin; 2-Nitro Imidazole Dérivés de l’imidazole. Azomycine produit par Streptomyces. Metronidazole provient de modification de l’azomycine. Spectre étroit bactéries anaérobies strictes (Bactéroïdes, Clostridies). Bactéricide 12. Nitroimidazoles Le groupe nitro (NO2) est réduit par les ferrédoxines, ce qui produit des dérivés toxiques à durée de vie courte, qui peuvent cliver l’ADN bactérien. Ferrédoxine: protéine réalisant des transferts d'électrons dans un grand nombre de réactions d'oxydoréduction du métabolisme cellulaire grâce à leurs clusters Fe-S dont les cations de fer oscillent entre les états d'oxydation +2 (ferreux) et +3 (ferrique). La première a été isolée en 1962 à partir de la bactérie anaérobie Clostridium pasteurianum. 13. Polymixines Polypeptides Isolés du Bacillus polymyxa. Bactéricides, à spectre étroit. Agissent sur la membrane cellulaire Actifs contre Gram – Polymixine B anti Gram Bacitracine ou la tyrothricine sont actifs sur les Gram + Actinomyces, Fusobactéruim,haemophilis , Nisseria. 14. Glycopeptides Leur structure comprend une partie glucidique +acides aminés : les plus grosses molécules parmi les antibiotiques Spectre étroit (Gram+); Bactéricide Inhibe la synthèse du peptidoglycan e à un stade plus précoce. Exemple: Vancomycine Teicoplanine Autres Antibiotiques L’acide fusidique : Issu de la fermentation du Fusiduim coccimeum Structure des stéroïdes. bactéricide. Inhibe la synthèse protéique. Spectre étroit. Utilisé toujours en association pour les Staphylocoques. La structure générale de l'acide fusidique est très voisine de celle des hormones stéroïdes. Toutefois, cet antibiotique est complètement dépourvu d'effet hormonal La novobiocine Streptomyces niveus. Binds to DNA gyrase, and blocks ATPase activity Molecular Formula: C31H35N2NaO11 Molecular Weight: 634.6 Nucleic Acid Synthesis Inhibitors Dapsone Interfère avec la synthèse de l’acide folique. Acide clavulanique Inactive les β-lactamase Utilisé en association avec d’autres β lactamines : Amp agit sur les bactéries , l’acide clavulanique protège Amp du β lactamases. Exemple : Augmentin amoxicilline + acide clavulanique. C16H19N3O5S•C8H9NO5•K Les modes d’action des antibiotiques Les modes d’action des antibiotiques 1. Action sur la formation de la paroi bactérienne : Pénicillines et Céphalosporines Inhibent les enzymes de transpeptidation (PLP) impliquées dans la formation du peptidoglycane. Elles activent les enzymes lytiques de la paroi (autolyse). La bacitracine Interférent avec l’action du transporteur lipidique qui transfère les précurseurs du peptidoglycane à travers la membrane cellulaire. 2. Action sur la membrane cellulaire Polymixines, se fixent sélectivement sur Membrane plasmique Membrane externe des bactéries Gram – Agissent comme des détergents en se fixant sur les PL et LPS entraînant la sortie des constituants cellulaires. 3. Action sur la synthèse protéique : L’ inhibition se fait par fixation sur les ribosomes. Etapes affectées de la traduction : Chargement de l’ARNt ; Formation de la liaison peptidique ; Lecture de l’ARNm Translocation. Inhibition de la synthèse protéique Les aminoglycosides sous unité 30S provoquent des erreurs de lecture de l’ARNm formation des protéines anormales. Les tétracyclines sous unité 30S et interfèrent avec la fixation de l’aminoacyl-ARNt. Les phénicolés sous unité 50S Inhibition de la peptidyl-transférase. Les macrolides sous unité 50S et inhibent la translocation L’acide fusidique Facteur d’élongation EF-G arrête la translocation. Les antibiotiques qui distinguent les ribosomes procaryotes des ribosomes eucaryotes ont un indice thérapeutique relativement élevé mais moins favorable que celui des inhibiteurs de la synthèse de la paroi. 4. Action sur la synthèse des acides nucléiques : Les quinolones Inhibent l’ADN gyrase bactérienne Interfèrent avec la réplication et la transcription. Les rifamycines Inhibent l’ARN polymérase- ADN dépendante bactérienne. Les sulfamides Inhibent la synthèse de l’acide folique par compétition avec l’acide –p-aminobenzoïque (antimétabolites). Les antimétabolites: des composés arrêtant le fonctionnement d’une voie métabolique par inhibition compétitive de l’utilisation d’un métabolite par une enzyme clé, en raison de sa forte ressemblance avec le substrat normal de l’enzyme. Les inhibiteurs des acides nucléiques ou de la membrane cellulaire n’ont pas une toxicité sélective élevée car les procaryotes et les eucaryotes ne se différencient pas beaucoup au niveau des mécanismes synthétiques des acides nucléiques ou des structures de la membrane plasmique. La résistance aux antibiotiques Une souche résistante lorsqu’elle supporte une [d’antibiotique] >> que celle qui inhibe le développement de la majorité des autres souches de la même espèce. Résistance naturelle une caractéristique propre à l’espèce Une bactérie sensible à un antibiotique peut devenir résistante à cet antibiotique du jour au lendemain. C’est la résistance acquise . En 1941, moins de 1% des Staphylocoques Pénicilline R Actuellement, plus de 90% Pénicilline R Multi-résistance : une bactérie devient résistante en même temps à plusieurs familles d’antibiotiques. La cause majeure ; l’usage extensif des antibiotiques . La résistance est général ; observée pour toutes les espèces bactériennes Les différentes familles d’antibiotiques. La résistance contrôlée génétiquement: Le chromosome bactérien, (stable) plasmides ou des transposons capables de se déplacer d’une bactérie à une autre. Le transfert à médiation plasmidique du matériel génétique provoque la propagation de la résistance. Mécanismes de résistance 1. Bactérie dépourvue de structure cible de l’antibiotique. Mycoplasmes sont résistantes aux pénicillines 2. Bactérie n’effectue pas le processus inhibé par antibiotique. Les sulfamides n’affecteront pas les organismes qui tirent l’acide folique du milieu environnant. 3. Bactérie empêche l’antibiotique d’atteindre sa cible. La membrane externe est imperméable à certains antibiotiques (pénicilline G) La membrane plasmique peut constituer une barrière. Mécanismes de résistance II 4. Bactérie synthétise une enzyme capable d’inactiver l’antibiotique Staphylocoques synthétisent des enzymes qui peuvent inactiver les pénicillines, par modification chimique ( β- lactamases). 5. Une mutation peut modifier le site cible de l’antibiotique: mutation conférant la résistance à la streptomycine peut modifier l’ARNr 23S de manière à ce que l’antibiotique perde la capacité de se fixer aux ribosomes, ou s’il y a encore fixation, à ce que la fonction ribosomique n’en soit plus perturbée. 6. Production accrue d’un métabolite pour surmonter l’inhibition compétitive exercée par antibiotique Résistance aux sulfamides. 7.Résistance due plasmide R ou transposon Plasmides R portant les gènes codant le chloramphénicol acétyltransférase ou les β lactamases Transposon Tn10 d’E.coli code protéine inductible membranaire appelée TET pompe le tétracycline vers le périplasme Mécanismes de résistance Il faudrait noter qu’un type particulier de mécanismes de résistance n’est pas réservé à une seule catégorie de substances. Deux bactéries peuvent utiliser des mécanismes différents pour résister au même antibiotique. Etude de la sensibilité des bactéries aux antibiotiques Profil de sensibilité s’appelle Antibiogramme . Permet de : Choisir le(s) antibiotique(s) les plus actifs Déterminer la concentration nécessaire et suffisante pour éliminer l’agent pathogène. Technique de diffusion: Milieu Mueller-Hinton, Inoculum de 106- 107 cellules/ml, Concentration bien déterminée de l’ATB Incubation 18 h – 24 h à 37°c , Lecture Technique de diffusion ou méthode de disque La bactériostase ■ Ralentissement de la croissance bactérienne pouvant aller jusqu’ à l’arrêt de la croissance. ■ La bactérie doit être en phase de croissance avant le contact avec l’ antibiotique ■ Etudié par Spectrophotométrie ■ Le nombre de bactéries reste supérieur ou égale au nombre présent dans l’inoculum de départ. Croissance de Escherichia coli en présence de diverses concentrations d'un antibiotique bactériostatique. Les concentrations sont d'abord sub-inhibitrices puis, à partir de [2.0] elles sont inhibitrices. La concentration [2.0] est donc la première concentration entraînant une bactériostase. La bactéricidie ■ La mort bactérienne sous l’effet d’une concentration bien déterminée de l’ATB. Aminosides et Quinolones Courbes de survie de E.coli en fonction du temps lors d'une exposition à un aminoside (en haut) et à une quinolone (en bas). En présence d'aminoside l'effet de la concentration est évidente, en présence de quinolone, l'effet de la concentration ne dépend, au delà d'une certaine concentration efficace, que du temps d'action (dans ce cas avec de faibles concentrations la bactéricidie débute avec un retard qui est d'autant plus long que la concentration est faible) La CMI et La CMB La détermination de l’efficacité antimicrobienne d’un antibiotique est essentielle pour une thérapie appropriée. Les CMI et CMB sont des paramètres qui permettent de distinguer le type d’action bactériostatique ou bactéricide . CMI : concentration la plus faible d’un antibiotique capable d’inhiber la croissance visible d’une bactérie donnée. CMB : concentration la plus faible d’un antibiotique qui ne laisse subsister que 0.01 % de bactéries survivantes d’un inoculum de départ. CMI et CMB Selon ces deux paramètres : CMB = CMI antibiotique bactéricide CMB >> CMI antibiotique bactéricide Bactériostatique La concentration au site d’infection in vivo ne permet pas d’atteindre la valeur de la CMB. Détermination de la CMI Un test de dilution En milieu liquide : L’inoculum bactérien est distribué dans de tubes contenant l’antibiotique. Après incubation, la CMI est indiquée par le tube qui contient la plus faible concentration d’ATB où aucune croissance n’est visible. Détermination de la CMI En milieu Solide : L’antibiotique est incorporé dans le gélose. Le milieu est ensemencée avec les souches à étudier. La CMI de chaque souche est déterminée par l’inhibition de la croissance. Détermination de la CMB La bactéricidie est déterminée par dénombrement des tubes négatives On compte le nombre des bactéries apparues sur chaque boite et on le compare à celui obtenu à partir de liquide du témoin (inoculum initial = 100%). La CMB c’est la concentration qui tue plus de 99.99 % de l’inoculum initial. Antibiogramme Définition : L’antibiogramme est une technique de laboratoire qui détermine la sensibilité d’une bactérie à l’égard des antibiotiques. Il a pour but de déterminer la CMI d’une souche bactérienne vis-à-vis de divers antibiotiques. Méthode des disques Méthode de diffusion Laboratoire de diagnostic. Principe Des disques de papier buvard imprégnés d’une charge définie d’antibiotique sont déposés à la surface d’un milieu de Mueller- Hinton préalablement ensemencé par inondation avec une suspension bactérienne de la souche étudiée (106 cellules/ml). Après 18 heures d’incubation à 37°c, chaque disque d’antibiotique est entouré d’une zone d’inhibition de la croissance bactérienne Droites de régression ou de concordance La taille du diamètre est inversement proportionnelle à la CMI. Les mesures de diamètres des zones d’inhibition et leurs reports sur les courbes de concordance donnent les valeurs des CMI en µg/ml. Le test de diffusion ne convient pas pour les bactéries à croissance lente (Mycobaterium tuberculosis) parce que l’antibiotique a trop diffusé avant que la croissance ne soit visible. Ce test n’est applicable qu’aux bactéries qui donnent une croissance visible après une incubation d’une nuit. D’autres tests utilisent des comprimés ou des bandelettes de papier ou de plastique contenant l’antibiotique. Effet post-antibiotique la suppression de la croissance pendant quelques heures qui suit une courte exposition à l’antibiotique Aminosides quinolones Macrolides, un , facteur à prendre pour décider de la dose et de la fréquence Effet post- antibiotique Les antibiotiques dont le mode d’action implique une altération irréversibles ou lentement réversible du métabolisme bactérien possèdent un effet postantibiotique. Les β-lactamines n’ont pas d’effet post- antibiotique et la croissance bactérienne reprend dès que l’antibiotique n’est plus lié aux précurseurs de peptidoglycane. Association d’antibiotiques une pratique courante. 4 circonstances motive l’utilisation d’une association : Les infections à germes multiples ; Le risque de sélection des mutants résistants ; L’obtention d’un effet synergique et d’une action bactéricide rapide ; Le traitement en urgence d’une infection grave non diagnostiquée. Synergie 2 antibiotiques agissant simultanément produisent un effet qui est supérieur à la somme des effets de chacun d’eux administré séparément. Exemples : les composants A et B des streptogramines ; β lactamines + aminosides ; streptogramines + aminosides. Association d’antibiotiques Antagonisme : l’association diminue l’activité de l’un ou l’autre des antibiotiques. Son activité est inférieure à la somme des effets de chaque antibiotique pris indépendamment. L’antagonisme est le contraire de la synergie. Exemples ; le chloramphénicol ou la tétracycline sont antagonistes des β lactamines. Les lincosamides sont des antagonistes des macrolides et des phénicolés. Indifférence (effet neutre) : L’activité de l’un des antibiotiques n’est pas affectée par la présence de l’autre.
