MICROBIOLOGIA 1 BACTERIOLOGIA - AGENTES ANTIBACTERIANOS (MURRAY) (EM PORTUGUES)

Agentes Antibacterianos

Este capítulo fornece uma visão geral dos mecanismos de ação e espectro dos antibacterianos mais comumente utilizados, assim como uma descrição dos mecanismos comuns de resistência bacteriana.  A terminologia apropriada para a discussão é sumarizada no Quadro 17-1 e os mecanismos básicos, como os sítios de atividade dos antibióticos, estão sumarizados na Tabela 17-1 e Figura 17-1, respectivamente.

Quadro 17-1 Terminologia

Espectro antibacteriano

Extensão da atividade de um antimicrobiano contra bactérias. Um fármaco antibacteriano de amplo espectro pode inibir uma variedade de bactérias Gram positivas e Gram negativas, entretanto um fármaco com um espectro menor é ativo somente contra uma variedade limitada de bactérias.

Atividade bactericida

Nível da atividade antibacteriana que mata o organismo testado. Esta é determinada in vitro testando concentrações padronizadas de organismos contra uma série de diluições. A concentração mais baixa que mata 99,9% da população é denominada concentração bactericida mínima (CBM)

Combinações de antibióticos

Combinações de antibióticos que podem ser utilizadas para
(1) aumentar o espectro antibacteriano para a terapia empírica ou para o tratamento de infecções polimicrobianas, (2) prevenir o aparecimento de organismos resistentes durante o tratamento, e (3) atingir um efeito letal sinérgico.

Sinergismo de antibióticos

Combinações de dois antibióticos que produzem juntos uma intensificada atividade bactericida quando comparada com a atividade de cada antibiótico separado.

Antagonismo de antibiótico

Combinações de antibióticos na qual a atividade de um antibiótico interfere com a atividade do outro (p. ex., a soma das atividades é menor do que a atividade do fármaco mais ativo, quando usada individualmente).

β-Lactamase

Enzima que hidrolisa o anel β-lactâmico presente na classe de antibióticos β-lactâmicos, inativando o antibiótico. As enzimas específicas para penicilinas, cefalosporinas e carbapenemas são as penicilinases, cefalosporinases e carbapenemases (metalo- β-lactamases), respectivamente.

Figura 17-1 Sítios básicos da ação antibiótica.

  

DNA, ácido desoxirribonucleico; PBPs, proteínas ligadoras de penicilina; RNA, ácido ribonucleico.

O ano de 1935 foi especialmente importante para a quimioterapia das infecções bacterianas sistêmicas.  Embora os antissépticos fossem aplicados topicamente para prevenção do crescimento de microrganismos, os antissépticos existentes eram ineficazes contra as infecções bacterianas sistêmicas.  Em 1935, demonstrou-se que o corante protosil era capaz   de proteger camundongos contra infecções estreptocócicas sistêmicas e que permitia a cura de pacientes que sofriam de tais infecções.  Logo se descobriu que o protosil era rompido no organismo para liberar p-aminobenzeno sulfonamina (sulfanilamida), que demonstrou apresentar atividade antibacteriana.  O primeiro fármaco “sulfa” introduziu-nos em uma nova era na medicina.  Os compostos produzidos por microrganismos (antibióticos) foram casualmente reconhecidos como capazes de inibir o crescimento de outros microrganismos.  Alexander Fleming, por exemplo, foi o primeiro a conceber que o fungo Penicillium prevenia a multiplicação de Staphylococcus.  Foi preparado um concentrado de uma cultura deste fungo e pode se demonstrar a notável atividade antimicrobiana e a ausência de toxicidade do primeiro antibiótico, a penicilina.  A estreptomicina e as tetraciclinas foram desenvolvidas nos anos de 1940 e 1950, seguidas do desenvolvimento de aminoglicosídeos adicionais, penicilinas semissintéticas, cefalosporinas, quinolonas e outros antimicrobianos.  Todos esses agentes antibacterianos aumentaram muito o espectro de doenças infecciosas passíveis de prevenção e de cura.  Embora o desenvolvimento tenha sido retardado nos anos recentes, algumas novas classes de agentes têm sido introduzidas, incluindo-se os ketolídeos (p.  ex., telitromicina), glicilciclinas (tigeciclina), lipopeptídeos (daptomicina), estreptograminas (quinupristina-dalfopristina) e oxazolidinonas (linezolid). Infelizmente, com a introdução de novos agentes terapêuticos, as bactérias têm mostrado uma notável capacidade de desenvolver resistência. Desta forma, a terapia antibiótica não será a cura mágica de todas as infecções, como se pensava; mais propriamente, é somente uma arma, ainda que importante, contra as doenças infecciosas.  É também importante reconhecer que pela resistência aos antibióticos ser frequentemente imprevisível, os médicos devem se valer das suas experiências clínicas para a seleção inicial da terapia empírica.  Diretrizes para a conduta nas infecções causadas por organismos específicos são discutidas em capítulos relevantes desse texto.

Inibição da Síntese de Parede Bacteriana

O mais importante mecanismo de atividade dos antibióticos é a interferência com a síntese da parede celular bacteriana.  A maioria dos antibióticos ativos em paredes celulares é classificada como antibióticos β-lactâmicos (p.  ex., penicilinas, cefalosporinas, cefamicinas, carbapenens, monobactâmicos, inibidores de β-lactamases), são assim chamados porque compartilham uma estrutura de anel β-lactâmico.  Outros antibióticos podem interferir com a construção da parede celular bacteriana, incluindo vancomicina, daptomicina, bacitracina e os seguintes agentes antimicobacterianos: isoniazida, etambutol, cicloserina e etionamida.

Antibióticos β-lactâmicos

O principal componente estrutural da maioria das paredes celulares é a camada de peptidoglicano.  A estrutura básica é uma cadeia de 10 a 65 resíduos de dissacarídeos constituído de moléculas alternantes de N-acetilglicosamina e de ácido N-acetilmurânico.  Estas cadeias são ligadas por pontes de peptídeos que criam uma cobertura rígida para as bactérias.  A construção das cadeias e as ligações cruzadas são catalisadas por enzimas específicas (p.  ex., transpeptidases, transglicosilases, carboxipeptidases), que são membros de uma grande família das proteases serinas.  Estas enzimas regulatórias são também chamadas de proteínas ligadoras de penicilina (PBPs), porque são os alvos de antibióticos β-lactâmicos.  Quando as bactérias em crescimento são expostas a estes antibióticos, o antibiótico se liga às PBPs específicas na parede celular bacteriana e inibe a montagem das cadeias de peptidoglicano.  Isso, por sua vez, ativa as autolosinas que degradam a parede celular resultando na morte da célula bacteriana.  Desta forma, os antibióticos β-lactâmicos atuam como agentes bactericidas.

As bactérias podem se tornar resistentes aos antibióticos β-lactâmicos por três mecanismos gerais: (1) impedimento da interação entre o antibiótico e a PBP-alvo; (2) modificação da ligação do antibiótico com a PBP; e (3) hidrólise do antibiótico por β-lactamases.  O primeiro mecanismo de resistência é encontrado somente em bactérias Gram negativas (particularmente em espécies de Pseudomonas), porque estas possuem uma membrana externa que se sobrepõe ao peptidoglicano. A penetração dos antibióticos β-lactâmicos nos bacilos Gram negativos exige a passagem através de poros da membrana externa.  Alterações nas proteínas (porinas) que formam as paredes dos poros podem alterar o tamanho ou a carga desses canais e resultar na exclusão do antibiótico.

A resistência pode também ser adquirida pela modificação da ligação do antibiótico β-lactâmico à PBP.  Isto pode ser mediado por (1) superprodução de PBP (uma ocorrência rara), (2) aquisição de nova PBP (p.  ex., a resistência à meticilina em Staphylococcus aureus), ou (3) modificação de uma PBP existente por recombinação (p.  ex., resistência à penicilina em Streptococcus pneumoniae) ou uma mutação pontual (resistência à penicilina em Enterococcus faecium).

Finalmente, as bactérias podem produzir β-lactamases que inativam os antibióticos β-lactâmicos.  É interessante que as β-lactamases estão na mesma família das proteases serinas, como as PBPs.  Mais de 200 β-lactamases diferentes foram descritas.  Algumas são específicas para penicilinas (penicilinases), cefalosporinas (cefalosporinases) ou carbapenens (carbapenemases).  Outras possuem um amplo espectro de atividade, incluindo algumas que são capazes de inativar a maioria dos antibióticos β-lactâmicos.  Uma ampla discussão sobre as β-lactamases está além da finalidade deste capítulo; entretanto, uma breve discussão é pertinente para a compreensão das limitações dos antibióticos β-lactâmicos.  Seguindo um dos esquemas de classificação, as β-lactamases podem ser separadas em quatro classes (A até D).  A classe mais comum das β-lactamases é a classe A, onde estão a SHV-1 e a TEM-1, penicilinases encontradas em bacilos Gram negativos comuns (p. ex., Escherichia, Klebsiella), com atividade mínima sobre as cefalosporinas.  Infelizmente, mutações pontuais nos genes que codificam estas enzimas criaram β-lactamases com atividade contra todas as penicilinas e cefalosporinas.  Estas β-lactamases são denominadas de β-lactamases de espectro estendido (ESBLs) e são particularmente problemáticas, pois são codificadas em plasmídios que podem ser transferidos entre organismos.  As β-lactamases da classe B são as metaloenzimas, que são dependentes de zinco e possuem amplos espectros de atividade contra antibióticos β-lactâmicos, incluindo-se as cefamicinas e os carbapenens. As β-lactamases da classe C são cefalosporinases codificadas no cromossomo bacteriano. A expressão dessas enzimas é geralmente reprimida, embora isto possa ser alterado pela exposição a certos antibióticos β-lactâmicos “indutores”, ou ainda, por mutações nos genes que controlam a expressão das enzimas.  A expressão dessa classe de β-lactamases é particularmente problemática, pois estas enzimas são ativas às mais potentes cefalosporinas de espectro ampliado.  As β-lactamases da classe D são penicilinases encontradas principalmente em bacilos Gram negativos.

Penicilinas

As penicilinas (Tab.  17-2) são antibióticos altamente eficientes, com uma toxicidade extremamente baixa.  O composto básico é um ácido orgânico com um anel β-lactâmico obtido em culturas do fungo Penicillium chrysogenum. Se o fungo cresce em processo fermentativo, são produzidas grandes quantidades de ácido 6-aminopenicilânico (o anel β-lactâmico é fundido com um anel de tiazolidina).  A modificação bioquímica desse intermediário produz   derivados que possuem uma instabilidade dimuída a ácido, aumentada absorção no trato gastrointestinal, resistência à destruição por penicilinase ou um espectro de ação mais amplo que inclui bactérias Gram negativas.

Tabela 17-2 Penicilinas

A penicilina G não é absorvida completamente, uma vez que é inativada pelo ácido gástrico. Por isso é utilizada principalmente como um fármaco intravenoso para o tratamento de infecções causadas por um número limitado de organismos sensíveis.  A penicilina V é mais resistente ao ácido gástrico, sendo a forma oral preferida para o tratamento de bactérias sensíveis a este fármaco. As penicilinas resistentes à penicilinase, como a meticilina e a oxacilina, são utilizadas no tratamento de infecções causadas por Staphylococcus sensíveis.  A ampicilina foi a primeira penicilina de amplo espectro, embora o espectro de ação contra bacilos Gram negativos fosse limitado a Escherichia, Proteus e Haemophilus.  Outras penicilinas (p.  ex., carbenicilina, ticarcilina, piperacilina) são eficientes contra um espectro mais amplo de bactérias Gram negativas, incluindo espécies de Klebsiella, Enterobacter e Pseudomonas.

Penicilinas selecionadas foram combinadas com inibidores de β-lactamase. Os inibidores de β-lactamase (p.  ex., ácido clavulânico, sulbactam, tazobactam) são relativamente inativos por si mesmos; mas quando combinados com certas penicilinas (p.  ex., ampicilina, amoxacilina, ticarcilina, piperacilina), são eficientes no tratamento de algumas infecções causadas por bactérias produtoras de β-lactamase.  Os inibidores se ligam irreversivelmente e inativam as β-lactamases bacterianas sensíveis (embora nem todas sejam ligadas por esses inibidores), permitindo que o fármaco associado interrompa a síntese da parede celular bacteriana.

Cefalosporinas e Cafamicinas

As cefalosporinas (Tab.  17-3) são antibióticos β-lactâmicos derivados do ácido 7-aminocefalosporânico (o anel β-lactâmico é fundido com o anel di-hidrotiazina) que foi originalmente isolado a partir do fungo Cephalosporium.  As cefamicinas são relacionadas às cefalosporinas, exceto pelo fato de conterem oxigênio no lugar do enxofre no anel di-hidrotiazina, o que as tornam mais estáveis à hidrólise pelas β-lactamases.  As cefalosporinas e cefamicinas apresentam o mesmo mecanismo de ação das penicilinas; entretanto, possuem um espectro antibacteriano mais amplo, são resistentes a várias β-lactamases e dispõem de melhores propriedades farmacocinéticas (p. ex., meia-vida mais longa).

Tabela 17-3 Exemplos Selecionados de Cefalosporinas e Cefamicinas

As modificações bioquímicas na molécula base do antibiótico resultaram no desenvolvimento de antibióticos com atividades mais intensas e com propriedades farmacocinéticas mais favoráveis.  As cefalosporinas possuem atividade mais intensas contra bactérias Gram negativas quando comparadas às penicilinas.  Esta atividade, por outro lado, é variável entre as várias “gerações” de cefalosporinas.  A atividade de espectro restrito dos antibióticos de primeira geração é restrita à Escherichia coli, espécies de Klebsiella, Proteus mirabilis e cocos Gram positivos sensíveis à oxacilina.  Muitos antibióticos de espectro ampliado de segunda geração possuem atividade adicional contra Haemophilus influenzae, Enterobacter, Citrobacter e espécies de Serratia, além de agir sobre alguns anaeróbios como Bacteroides fragilis.  Os antibióticos de amplo espectro de terceira geração e os antibióticos de espectro ampliado de quarta geração são ativos contra a maioria das Enterobacteriaceae e das Pseudomonas aeruginosa.  Os antibióticos de espectro ampliado possuem a vantagem de uma maior estabilidade frente às β-lactamases.  Infelizmente, bactérias Gram negativas desenvolveram rapidamente resistência à maioria das cefalosporinas e cefamicinas (principalmente como resultado da produção de β-lactamases), o que tem comprometido significativamente a utilização de todos esses agentes.

Outros Antibióticos β-lactâmicos

Outras classes de antibióticos β-lactâmicos (Tab. 17-4) são os carbapenens (p. ex., imipenem, meropenem, ertapenem) e os monobactâmicos (p.  ex., aztreonam).  Os carbapenêmicos são antibióticos importantes, amplamente prescritos e na prática ativos contra todos os grupos de organismos, com poucas exceções (p.  ex., foi relatada resistência a todos os Staphylococcus resistentes à oxacilina, algumas Enterobacteriaceae e Pseudomonas e, a outros bacilos Gram negativos). De forma contrastante, os monobactâmicos são antibióticos de espectro restrito, ativos somente contra bactérias Gram negativas aeróbias. As bactérias anaeróbias e as bactérias Gram positivas são resistentes.  A vantagem dos antibióticos de espectro restrito é que eles podem ser utilizados para tratar organismos sensíveis sem comprometer a população normal de bactérias protetoras do paciente.  Apesar desta vantagem, os monobactâmicos não são amplamente empregados.

Tabela 17-4 Outros Antibióticos β-lactâmicos

 Glicopeptídeos

A vancomicina, originalmente obtida de Streptomyces orientalis, é um glicopeptídeo complexo que interrompe a síntese do peptidoglicano da parede celular em bactérias Gram positivas, em crescimento.  A vancomicina interage com a terminação D-alanina-D-alanina das cadeias pentapeptídicas laterais, que interfere na formação das pontes entre as cadeias do peptidoglicano.  A vancomicina é utilizada para o tratamento de infecções causadas por Staphylococcus resistentes à oxacilina e para outras bactérias Gram positivas resistentes aos antibióticos β-lactâmicos.  A vancomicina é inativa contra bactérias Gram negativas, pois a molécula é muito grande para atravessar os poros da membrana externa e alcançar o peptidoglicano, que é o seu sítio-alvo.  Além disso, alguns organismos são intrinsecamente resistentes à vancomicina (p.  ex., Leuconostoc, Lactobacillus, Pediococcus e Erysipelothrix) porque os pentapeptídeos terminam em D-alanina-D-lactato, que não se ligam à vancomicina. A resistência intrínseca é também encontrada em algumas espécies de enterococos que contêm terminações D-alanina-E-serina (ou seja, Enterococcus gallinarum, Enterococcus casseliflavus).

Finalmente, algumas espécies de enterococos (principalmente Enterococcus faecium e Enterococcus faecalis) adquiriram resistência à vancomicina.  Os genes para esta resistência (principalmente vanA e vanB), que também mediam alterações na terminação do pentapeptídeo, podem ser transportados em plasmídios.  Estes genes vêm comprometendo seriamente o uso da vancomicina para o tratamento de infecções enterocócicas.  Mais importante ainda, o gene para resistência à vancomicina contido em um transposon de um plasmídio conjugativo de multirresistência foi transferido in vivo de um E.  Faecalis para um S.  Aureus multirresistente.  O transposon moveu-se do plasmídio de E. faecalis, recombinou-se e integrou-se no plasmídio de multirresistência de S. aureus. Isto resultou em um plasmídio de S. aureus que codifica resistência a β-lactâmicos, vancomicina, aminoglicosídeos e a outros antibióticos.  Um plasmídio que pode ser transferido para outros Staphylococcus por conjugação.  Obviamente, se tal resistência se tornar amplamente disseminada, as implicações médicas serão muito graves.

Lipopeptídeos

A daptomicina, um lipopeptídeo cíclico de ocorrência natural produzido por Streptomyces roseosporus, se liga irreversivelmente à membrana citoplasmática, resultando em despolarização e interrupção dos gradientes iônicos e, por fim, a morte celular.  Apresenta potente atividade contra bactérias Gram positivas, porém as bactérias Gram negativas são resistentes à daptomicina, pois o fármaco não consegue penetrar através da parede celular até a membrana citoplasmática.  A daptomicina tem boa atividade contra Staphylococcus multirresistentes, Streptococcus e Enterococcus (incluindo cepas resistentes à vancomicina).

Polipeptídeos

A bacitracina, que foi isolada de Bacillus licheniformis, é uma mistura de polipeptídeos utilizados para aplicações tópicas (p.  ex., cremes, pomadas, sprays), para o tratamento de infecções de pele causadas por bactérias Gram positivas (particularmente aquelas causadas por Staphylococcus e por Streptococcus do grupo A).  As bactérias Gram negativas são resistentes a este agente.  A bacitracina inibe a síntese da parede celular, interferindo na desfosforilação e na reciclagem do lipídeo carreador responsável pela movimentação dos precursores do peptidoglicano através da membrana citoplasmática, até a parede celular.  Isto pode também lesar a membrana citoplasmática bacteriana e inibir a transcrição do ácido robonucleico (RNA). A resistência ao antibiótico é mais comumente causada pelo fracasso do antibiótico em penetrar na célula bacteriana.

As polimixinas são um grupo de polipeptídeos cíclicos derivados do Bacillus polymyxa.  Estes antibióticos se inserem nas membranas bacterianas como detergentes, interagindo com os lipopolissacarídeos e os fosfolipídios na membrana externa, produzindo aumento da

Permeabilidade celular e, eventualmente, a morte celular.  As polimixinas B e E (colistina) são capazes de causar nefrotoxicidade grave. Desta forma, seu uso tem sido limitado principalmente a infecções externas localizadas, como as otites externas, infecções oculares e infecções cutâneas causadas por organismos sensíveis.  A colistina, por outro lado, é utilizada para o tratamento de algumas infecções sistêmicas causadas por bacilos Gram negativos multirresistentes.  A administração oral é empregada para a esterilização intestinal.  Esses antibióticos são muito mais ativos contra bacilos Gram negativos, pois as bactérias Gram positivas não possuem uma membrana externa.

Isoniazida, Etionamida, Etambutol e Cicloserina

A isoniazida, etionamida, etambutol e cicloserina são antibióticos ativos na parede celular, utilizados para o tratamento de infecções por micobactérias.  A isoniazida (hidrazida do ácido isonicotínico [INH]) é bactericida contra micobactérias em replicação. Embora, não se conheça o mecanismo exato de sua ação, sabe-se que a síntese do ácido micólico é afetada (ocorre a desnaturação de ácidos graxos de cadeias longas e a interrupção do aumento de ácidos graxos e de hidroxilipídios).  A etionamida, um derivado do INH, também bloqueia a síntese de ácido micólico.  O etambutol interfere com a síntese da arabinogalactana da parede celular e a cicloserina inibe duas enzimas, D-alanina-D-alanina sintase e alanina racemase, que catalisam a síntese da parede celular.  A resistência a esses quatro antibióticos resulta principalmente da captação reduzida do fármaco para o interior da célula bacteriana ou de alterações nos sítios-alvo.

Inibição da Síntese Proteica

A principal ação dos agentes na segunda maior classe de antibióticos é a inibição da síntese proteica (Tab. 17-1).

Aminoglicosídeos

Os aminoglicosídeos (Tab. 17-5) são antibióticos constituídos por aminoaçúcares, ligados por pontes glicosídicas a um anel aminociclitol.  A estreptomocina, neomicina, k anamicina e tobramicina foram originalmente isoladas a partir de espécies de Streptomyces e a gentamicina e sisomicina foram isoladas a partir de espécies de Micromonospora.  A amicacina e netilmicina são derivados sintéticos da k anamicina e da sisomicina, respectivamente.  Esses antibióticos exercem suas funções atravessando a membrana externa bacteriana (nas bactérias Gram negativas), a parede celular e a membrana citoplasmática até chegarem no citoplasma, onde inibem a síntese proteica bacteriana por ligação irreversível às proteínas da região 30S do ribossomo.  Esta ligação aos ribossomos produz   dois efeitos:  a produção de proteínas anômalas como resultado dos erros de leitura do RNA mensageiro (RNAm) e a interrupção da síntese
proteica por conta do ribossomo liberar prematuramente o RNAm.

Tabela 17-5 Inibidores da Síntese Proteica

Os aminoglicosídeos são bactericidas pela capacidade de ligarem-se irreversivelmente aos ribossomos. São comumente utilizados para o tratamento de infecções graves causadas por vários bacilos Gram negativos (p.  ex., Enterobacteriaceae, Pseudomonas, Acinetobacter) e alguns organismos Gram positivos.  A penetração através da membrana citoplasmática é um processo aeróbio dependente de energia.  Desta forma, os anaeróbios são resistentes aos aminoglicosídeos e os organismos sensíveis, quando estão em ambientes anaeróbicos (p.  ex., abscessos) não respondem bem ao tratamento. Estreptococos e enterococos são resistentes aos aminoglicosídeos, pois os aminoglicosídeos não conseguem penetrar nas paredes celulares dessas bactérias.  O tratamento desses organismos exige a coadministração de um aminoglicosídeo com um inibidor de síntese de parede celular (p.  ex., penicilina, ampicilina, vancomicina) que facilitam a penetração do aminoglicosídeo.

Os antibióticos mais comumente utilizados nessa classe são amicacina, gentamicina e tobramicina.  Todos os três antibióticos são utilizados no tratamento de infecções sistêmicas causadas por bactérias Gram negativas sensíveis.  A amicacina tem a melhor atividade e é frequentemente reservada para o tratamento de infecções causadas por bactérias Gram negativas que são resistentes à gentamicina e à tobramicina.  A estreptomicina não é facilmente disponível, mas tem sido utilizada no tratamento da tuberculose, tularemia e infecções causadas por Streptococcus ou Enterococcus resistentes à gentamicina (em combinação com a penicilina).

A resistência à ação antibacteriana dos aminoglicosídeos pode se desenvolver por uma das quatro formas seguintes: (1) mutação no sítio de ligação do ribossomo, (2) redução da entrada de antibiótico na célula, (3) aumento na eliminação do antibiótico de dentro da célula, e (4) modificação enzimática do antibiótico.  O mecanismo de resistência mais comum é o de modificação enzimática de aminoglicosídeos.  Esta é realizada pela ação de fosfotransferases (APHs; sete descritas), adeniltransferases (ANT s; quatro descritas) e acetiltransferases (AACs; quatro descritas), nos grupos amino e hidroxila do antibiótico.  As diferenças na atividade antibacteriana dos aminoglicosídeos são determinadas por suas relativas sensibilidades a essas enzimas.  Os outros mecanismos pelo qual as bactérias desenvolvem resistência aos aminoglicosídeos são relativamente raros e exigem mutações sistemáticas das múltiplas cópias dos genes ribossômicos, que existem na célula bacteriana. A resistência causada pela inibição do transporte do antibiótico para dentro da célula bacteriana é ocasionalmente observada em Pseudomonas, porém é mais comum em bactérias anaeróbias.  Este mecanismo produz   baixo nível de resistência cruzada a todos os aminoglicosídeos.  O efluxo ativo de aminoglicosídeos ocorre somente em bactérias Gram negativas e é raramente observado.

Tetraciclina

As tetraciclinas (Tab. 17-5) são antibióticos bacteriostáticos de amplo espectro que inibem a síntese proteica em bactérias pela ligação reversível à unidade 30S do ribossomo, bloqueando desta forma a ligação do aminoacil-RNA de transferência (RNAt) ao complexo ribossômico 30S-mRNA.  As tetraciclinas (ou seja, tetraciclina, doxiciclina, minociclina) são eficientes no tratamento de infecções causadas por espécies de Chlamydia, Mycoplasma e Rickettsia e por outras bactérias Gram positivas e Gram negativas.  Todas as tetraciclinas têm espectros de atividade similares, sendo as propriedades farmacocinéticas as principais diferenças entre esses antibióticos (doxiciclina e minociclina são bem absorvidas e possuem longas meia-vidas).

A resistência às tetraciclinas pode ocorrer pela diminuição da penetração do antibiótico para o interior da célula bacteriana, pelo efluxo ativo do antibiótico para fora da célula, por alteração de sítio-alvo no ribossomo ou por modificação enzimática do antibiótico.  Mutações no gene cromossomal que codificam a proteína porina da membrana externa, OmpF, podem levar à resistência em nível baixo às tetraciclinas, como a outros antibióticos (p.  ex., β-lactâmicos, quinolonas, cloranfenicol).

Pesquisadores identificaram uma variedade de genes que controlam o efluxo ativo celular das tetraciclinas em diferentes bactérias.  Esta é a causa mais comum de resistência.  A resistência às tetraciclinas pode resultar também da produção de proteínas semelhantes a fatores de extensão que protegem a região 30S do ribossomo.  Quando isto acontece, o antibiótico ainda pode ligar-se ao ribossomo, mas a síntese de proteína não é interrompida.

Glicilciclinas

A tigeciclina, o primeiro representante dessa classe de antibióticos, é um derivado semissintético da minociclina.  Inibe a síntese de proteínas da mesma forma que as tetraciclinas.

A tigeciclina tem uma alta afinidade de ligação ao ribossomo e é menos afetada pelo efluxo e pela modificação enzimática.  Tem um amplo espectro de atividade contra bactérias Gram positivas, Gram negativas e bactérias anaeróbias, embora Proteus, Morganella, Providencia e Pseudomonas aeruginosa sejam geralmente resistentes a este fármaco.

Oxazolidinonas

As oxazolidinonas são uma classe de antibióticos de espectro de ação restrito, sendo a linezolida o agente de utilização atual. Linezolida bloqueia a iniciação da síntese proteica, interferindo na formação do complexo de iniciação constituído por RNAt, RNAm e ribossomo. O fármaco se liga à subunidade 50S do ribossomo, que distorce o sítio de ligação do RNAt, inibindo desta forma a formação do complexo de iniciação 70S.  Por causa deste mecanismo único, não ocorre resistência cruzada com outros inibidores da síntese de proteínas.  Linezolida apresenta atividade contra todos os estafilococos, estreptococos e enterococos (incluindo cepas resistentes a penicilinas, vancomicina e aminoglicosídeos).  Linezolida é geralmente reservada para o tratamento de infecções causadas por enterococos multirresistentes.

Cloranfenicol

Cloranfenicol tem um amplo espectro antibacteriano, similar ao da tetraciclina, porém não é utilizado comumente nos Estados Unidos.  A razão para este uso limitado é porque além de interferir na síntese proteica bacteriana, pode interromper a síntese proteica nas células da medula óssea humana e podem produzir discrasias sanguíneas como a anemia aplástica (um a cada 24.000 pacientes tratados).  O cloranfenicol exerce seu efeito bacteriostático ligando-se de forma reversível ao componente peptidil transferase da subunidade 50S do ribossomo, bloqueando desta forma a extensão do peptídeo.  A resistência ao cloranfenicol é observada em bactérias que produzem a acetiltransferase, codificadas em plasmídios e que catalisam a acetilação do grupo 3-hidroxi do cloranfenicol. O produto é incapaz de se ligar à subunidade 50S.

A ocorrência de mutações que alteram as proteínas porinas da membrana externa, causando a menor permeabilidade ao fármaco em bacilos Gram negativos não é tão comum.

Macrolídeos

A eritromicina, derivada do Streptomyces erythreus, é o modelo de antibiótico da classe dos macrolídeos (Tab.  17-5 ).  A estrutura básica dessa classe de antibióticos é um anel lactona macrocíclico ligado a dois açúcares, desosamina e cladinose.  A modificação da estrutura do macrolídeo levou ao desenvolvimento da azitromicina e da claritromicina.  Os macrolídeos exercem suas funções pela ligação reversível à região 23S do RNA ribossomal, bloqueando a extensão do polipeptídio.  A resistência aos macrolídeos comumente ocorre pela metilação da região 23S do RNA ribossomal, impedindo a sua ligação com o antibiótico.  Outros mecanismos de resistência incluem a inativação de macrolídeos por enzimas (p.  ex., esterases, fosforilases, glicosidases) ou por mutações na região 23S do RNAr e nas proteínas do ribossomo.  Os macrolídeos são antibióticos bacteriostáticos com amplo espectro de atividade.  Têm sido utilizados no tratamento de infecções pulmonares causadas por Mycoplasma, Legionella e Chlamydia, como para tratar infecções causadas por espécies de Campylobacter e por bactérias Gram positivas em pacientes alérgicos à penicilina.  A maioria das bactérias Gram negativas é resistente aos macrolídeos.  A azitromicina e a claritromicina também vêm sendo utilizadas para o tratamento de infecções causadas por micobactérias (p. ex., complexo Mycobacterium avium).

Cetolídeos

Os cetolídeos são derivados semissintéticos da eritromicina, modificada para aumentar a estabilidade em meio ácido.  A telitromicina é atualmente o único cetolídeo disponível para uso nos Estados Unidos. Como os macrolídeos, a telitromicina se liga à subunidade 50S do ribossomo e bloqueia a síntese proteica.  As mutações na região 23S do RNAr e nas proteínas do ribossomo podem levar à resistência. A telitromicina apresenta boa atividade contra Staphylococcus (exceto para as cepas que possuem resistência constitutiva para a eritromicina), Streptococccus pneumoniae, outros patógenos respiratórios (p.  ex., Haemophilus influenzae, Moraxella catarrhalis), bacilos Gram positivos e alguns anaeróbios. Não é ativa contra Bacteroides fragilis e a maioria dos bacilos Gram negativos aeróbios (p.  ex., Enterobacteriaceae, Pseudomonas, Acinetobacter, Stenotrophomonas). A telitromicina apresenta, também, uma boa atividade contra patógenos intracelulares (p.  ex., Legionella, Mycoplasma, Chlamydia, Chlamydophila), Rickettsia, Bartonella, Coxiella, Francisella e M. avium.

Clindamicina

A clindamicina (antibiótico da família das lincosamidas) é um derivado da lincomicina, que foi originalmente isolada a partir de Streptomyces lincolnensis.  Como o cloranfenicol e os macrolídeos, a lincomicina bloqueia a extensão da proteína pela sua ligação ao ribossomo 50S. Isto inibe a peptidiltransferase interferindo com a ligação do complexo aminoácido acy l-RNAt. A clindamicina é ativa contra estafilococos e bacilos Gram negativos anaeróbios, mas é geralmente inativa contra as bactérias Gram negativas aeróbias.  A metilação da região 23S do RNA ribossomal é a origem da resistência bacteriana.  Tanto a eritromicina quanto a clindamicina podem induzir resistência enzimática (também mediada por plasmídio) e, portanto, observa-se resistência cruzada entre essas duas classes de antibióticos.

Estreptograminas

As estreptograminas são uma classe de peptídeos cíclicos produzidos por espécies de Streptomyces.  Estes antibióticos são administrados como uma combinação de dois componentes, estreptograminas grupo A e grupo B, que agem sinergicamente para inibir a síntese proteica.  O antibiótico desta classe, comumente disponível é a quinupristina-dalfopristina.  A dalfopristina se liga à subunidade 50S do ribossomo e induz alterações que facilitam a ligação da quinupristina. A dalfopristina impede a extensão das cadeias peptídicas e a quinupristina inicia a liberação prematura das cadeias peptídicas pelo ribossomo.  Esta combinação de fármacos é ativa contra estafilococos, estreptococos e E.  Faecium (mas não contra E.  Faecalis).  A utilização deste antibiótico tem sido restrita principalmente ao tratamento de infecções causadas por E.  Faecium resistentes à vancomicina.

Inibição da Síntese de Ácido Nucleico

Quinolonas

As quinolonas (Tab.  17-6) são uma das classes de antimicrobianos mais utilizadas.  Estes agentes quimioterápicos sintéticos inibem a DNA topoisomerase tipo II (girase) ou topoisomerase tipo IV das bactérias, que são necessárias para a replicação do DNA, recombinação e reparo. A subunidade A da DNA girase é o alvo principal das quinolonas em bactérias Gram negativas, enquanto a topoisomerase tipo IV é o principal alvo em bactérias Gram positivas.  A primeira quinolona empregada na prática clínica foi o ácido nalidíxico.  Este fármaco foi utilizado para o tratamento de infecções urinárias causadas por uma variedade de bactérias Gram negativas, mas a resistência a esse fármaco desenvolveu-se rapidamente.  Este fármaco foi substituído por quinolonas mais novas e mais ativas como a ciprofloxacina, levofloxacina, gatifloxacina e moxifloxacina.  As novas quinolonas (denominadas de fluoroquinolonas) foram feitas a partir de modificações do núcleo com dois anéis.  Estes antimicrobianos apresentam excelente atividade contra bactérias Gram positivas e Gram negativas, embora possa rapidamente desenvolver resistência em Pseudomonas, estafilococos resistentes à oxacilina e enterococos. Particularmente, as novas quinolonas de espectro ampliado apresentam significativa atividade contra bactérias Gram positivas.

Tabela 17-6 Quinolonas

A resistência às quinolonas é mediada por mutações cromossômicas em genes estruturais da DNA girase e da topoisomerase tipo IV.  Outros mecanismos incluem a superexpressão de bombas de efluxo que eliminam o fármaco de dentro da célula e diminuem a entrada do fármaco por mutações nos genes regulatórios da permeabilidade de membrana. Cada um desses mecanismos é primariamente mediado pelo cromossomo.

Rifampicina e Rifabutin

A rifampicina, um derivado semissintético da rifampicina B produzida pelo Streptomyces mediterranei, se liga à RNA-polimerase DNA-dependente e inibe a iniciação da síntese de RNA. A rifampicina é bactericida para Mycobacterium tuberculosis e é muito ativa contra os cocos Gram positivos, incluindo estafilococos e estreptococos.

Como a resistência pode se desenvolver rapidamente, a rifampicina é utilizada em combinação com um ou mais antibióticos eficientes.  A resistência à rifampicina em bactérias Gram positivas resulta da mutação no gene cromossômico que codifica a subunidade b da RNA-polimerase. As bactérias Gram negativas são intrinsecamente resistentes à rifampicina por causa da limitada penetração deste antibiótico hidrofóbico.  O Rifabutin, um derivado da rifampicina, possui similar atividade e espectro. É particularmente ativo contra M. avium.

Metronidazol

O metronidazol foi introduzido, originalmente, como um agente de uso oral para o tratamento de vaginites por Trichomonas.  Entretanto, este antibiótico mostrou ser eficiente também no tratamento de amebíases, giardíases e graves infecções causadas por bactérias anaeróbias (incluindo aquelas causadas por B. fragilis).  O metronidazol não apresenta atividade significativa contra bactérias aeróbias ou facultativamente anaeróbias.  As propriedades antimicrobianas do metronidazol ocorrem pela redução de seu grupo nitro em nitrorredutases bacterianas, produzindo compostos tóxicos que rompem o DNA do hospedeiro.  A resistência pode resultar tanto da diminuição da entrada do antimicrobiano quanto da eliminação dos compostos citotóxicos antes que estes possam interagir com o DNA do hospedeiro.

Antimetabólitos

As sulfonamidas são antimetabólitos que competem com o ácido p-aminobenzoico, impedindo a síntese do ácido fólico exigido por certos microrganismos.  Como os mamíferos não sintetizam ácido fólico (necessário como uma vitamina), as sulfonamidas não interferem com o metabolismo das células dos mamíferos. O trimetoprim é outro antimetabólito que interfere com o metabolismo do ácido fólico pela inibição da di-hidrofolato redutase, impedindo a conversão do di-hidrofolato para tetrahidrofolato.  Esta inibição bloqueia a formação de timidina, algumas purinas, metionina e glicina.  O trimetoprim é comumente utilizado em combinação com o sulfametoxazol para produzir uma combinação sinergética ativa em duas etapas da síntese de ácido fólico.  A dapsona e o ácido p-aminossalicílico são também antifolatos que provaram ser úteis para o tratamento de infecções por micobactérias.

As sulfonamidas são eficientes contra uma ampla variedade de organismos Gram positivos e Gram negativos, tais como Nocardia, Chlamydia e alguns protozoários.  As sulfonamidas de curta duração estão entre os fármacos de escolha para o tratamento de infecções agudas do trato urinário causadas por bactérias sensíveis, como E. coli. O sulfametoxazol-trimetoprim é eficiente contra uma ampla variedade de microrganismos Gram positivos e Gram negativos, sendo o fármaco de escolha para o tratamento de infecções agudas e crônicas do trato urinário.  A combinação também é eficiente no tratamento de infecções causadas por Pneumocystis carinii, infecções bacterianas do trato respiratório inferior, otites médias e gonorreia não complicada. A resistência a esses antimicrobianos pode ocorrer por uma variedade de mecanismos.

Pseudomonas, por exemplo, são resistentes por possuírem barreiras de permeabilidade.  Uma redução na afinidade do di-hidrofolato redutase pode ser a origem da resistência ao trimetoprim. Além disso, as bactérias que utilizam timidina exógena (p.  ex., enterococos) são, também, intrinsecamente resistentes.

Outros Antibióticos

A clofazimina é um antibiótico lipofílico que se liga ao ácido desoxirribonucleico (DNA) de micobactérias.  É altamente ativa contra M.  Tuberculosis, sendo o fármaco de primeira escolha para o tratamento de infecções pelo M.  Leprae e o antibiótico secundário recomendado para o tratamento de infecções causadas por outras espécies de micobactérias.

A pirazinamida (PZA) é ativa contra M.  Tuberculosis em pH baixo, como encontrado nos fagolisossomas.  A forma ativa deste antibiótico é o ácido pirazinoico, produzido quando a PZA é hidrolisado no fígado. É desconhecido o mecanismo pelo qual a PZA exerce sua função.

Questões

1.  Descreva o mecanismo de ação dos seguintes antimicrobianos:  penicilina, vancomicina, isoniazida, gentamicina, tetraciclina, eritromicina, polimixina, ciprofloxacina e sulfametoxazol.

1.  A penicilina interfere na síntese da parede celular pela ligação específica às proteínas ligadoras de penicilina (PBPs), as enzimas reguladoras (exemplo:  transpeptidases, transglicosilases, carboxipeptidases) responsáveis pela construção da camada de peptidoglicano da parede celular.  A vancomicina também interrompe a síntese do peptidoglicano na parede celular, neste caso em bactérias Gram positivas.  Porém, isto só é realizado quando a vancomicina interage com a terminação D-alanina-D-alanina das cadeias pentapeptídicas laterais, que interferem na formação das pontes que ligam as cadeias do peptidoglicano.  A isoniazida inibe a síntese de ácidos micólicos, um importante componente da parede celular de micobactérias. A gentamicina, tetraciclina e eritromicina inibem a síntese proteica em bactérias. A gentamicina se liga de forma irreversível às proteínas da região 30S do ribossomo. Esta ligação aos ribossomos produz   dois efeitos:  a produção de proteínas anômalas como resultado dos erros de leitura do RNA mensageiro (mRNA) e a interrupção da síntese proteica por conta do ribossomo liberar prematuramente o mRNA. A tetraciclina liga-se de forma reversível à unidade 30S do ribossomo, bloqueando assim a ligação do aminoacil-RNA de transferência (RNAt) ao complexo ribossômico 30S-RNAm.  A eritromicina, um antibiótico da classe dos macrolídeos, liga-se de forma reversível à região 23S do RNA ribossomal, bloqueando a extensão do polipeptídio.  As polimixinas inserem-se nas membranas bacterianas como detergentes, interagindo com os lipopolissacarídeos e os fosfolipídios na membrana externa, produzindo aumento da permeabilidade celular e, eventualmente, a morte celular.  A ciprofloxacina, que é uma fluoroquinolona, inibe as enzimas DNA topoisomerase tipo II (girase) das bactérias, que são necessárias para a replicação do DNA, recombinação e reparo.  O sulfametoxazol é um antimetabólito que interfere com a síntese do ácido fólico.

2.  Cite os três mecanismos pelos quais as bactérias se tornam resistentes aos antibióticos β-lactâmicos.  Qual é o mecanismo responsável pela resistência à oxacilina em Staphylococcus?   E pela resistência ao imipenem em Pseudomonas?  E resistência à penicilina em S. pneumoniae?

2.  As  bactérias  podem  se  tornar  resistentes  aos  antibióticos  beta-lactâmicos  pela  (1)  hidrólise do  antibiótico  por  beta-lactamases,  (2)  modificação  do  alvo  de  ligação  do  antibiótico  (PBP),  por intermédio  de  uma  nova  PBP  adquirida  pelo  organismo  ou  uma  PBP  existente  alterada,  que produz   uma  PBP  enzimaticamente  ativa  e  que  não  é  reconhecida  pelo  antibiótico,  ou  (3) prevenção  do  acesso  ao  alvo,  criando  uma  barreira  de  permeabilidade  (exemplo:  mudança  nas porinas  da  parede  celular  de  Gram  negativos). Staphylococcus aureus se tornam resistentes à oxacilina e beta-lactâmicos relacionados, pela aquisição de uma nova PBP que é enzimaticamente ativa (p.  ex., pode ser usada para construir a camada de peptidoglicano na parede celular), mas não é ligada e inativada pelo antibiótico. Streptococcus pneumoniae se torna resistente à penicilina quando adquire uma PBP alterada (por recombinação). Pseudomonas aeruginosa pode se tornar resistente ao imipenem por um ou dois mecanismos: (1) aquisição de beta-lactamases que degradam os antibióticos da classe dos carbapenens; ou (2) alteração da membrana externa da parede celular (mutação da porina) que impede a entrada de antibióticos dentro da célula.

3.  Quais os três mecanismos pelos quais os organismos desenvolvem resistência a aminoglicosídeos?

3.  Os organismos podem se tornar resistentes aos aminoglicosídeos pela: (1) modificação enzimática do antibiótico (o método mais comum), (2) redução da entrada de antibiótico na célula bacteriana, (3) aumento na eliminação do antibiótico de dentro da célula ou, (4) mutação no sítio de ligação do ribossomo.

4. Que mecanismo é responsável pela resistência às quinolonas?

4.  As bactérias se tornam resistentes às quinolonas por mutações cromossômicas em genes estruturais da DNA girase e da topoisomerase tipo IV.  Outros mecanismos menos comuns incluem a superexpressão de bombas de efluxo que eliminam o antibiótico de dentro da célula e diminuem a entrada dos mesmos por mutações nos genes que regulam a permeabilidade da membrana.

5. Como o trimetoprim e as sulfonamidas diferem em seus mecanismos de ação?

5.  O trimetoprim interfere com o metabolismo do ácido fólico pela inibição da dihidrofolato redutase, impedindo a conversão do dihidrofolato para tetrahidrofolato.  As sulfonamidas competem com o ácido p-aminobenzoico, impedindo também a síntese do ácido fólico, mas em uma etapa diferente.