Penicillines

1. Penicillines Thierry PRAZUCK, Maladies Infectieuses et Tropicales CHR ORLEANS

2. Plan • Introduction • Structure de la paroi bactérienne, cible des pénicillines, mécanismes de résistance • Structure, classification et spectre des pénicillines

3. Plan • Introduction • Structure de la paroi bactérienne, cible des pénicillines, mécanismes de résistance • Structure, classification et spectre des pénicillines

4. Sir Alexander Fleming • 1929: découverte « fortuite » d’une moisissure inhibant la croissance de Staphylocoques

5. Les spores de Penicillium contiennent fréquemment des pigments qui donnent aux colonies sur les aliments leur couleur caracteristique  

6. Penicillium Le nom Penicillium vient de penicillus = brosse, en raison de l’apparence de ses structures fructifères

7. Famille des ß-Lactamines • La pénicilline fait partie de la famille ß-Lactamine. • Elle possède un noyau ß-Lactame.

8. Penicillines Figure 20.6

9. Cephalosporines (noyau di-hydrothiazine) Figure 20.9

10. Plan • Introduction • Structure de la paroi bactérienne, cible des pénicillines, mécanismes de résistance • Structure, classification et spectre des pénicillines

11. A. L’ enveloppe concerne l’ensemble des structures externes de la bactérie. membrane externe peptidoglycane Membrane cytoplasmique G- G+ Les deux types d’enveloppe sont les gram positifs (G+) et gram negatifs (G-).

12. B. Paroi peptidoglycane: Au contact directde la membrane cytoplasmique G- G+ Donne la forme et la rigidité de la bactérie Empêche l’explosion de la bactérie Constitué par le peptidoglycane (murein)

13. 1. Peptidoglycane Large polymère de N-acetylglucosamine Et acide N-acetylmuramique reliés entre eux Renforcé par des ponts peptidiques

14. a. Structure générale lysozyme breaks the -1,4 bond N-acetylglucosamine N-acetylmuramic acid Pont peptidique

15. b. Les sucres CH2OH O OH N-acetylmuramic acid (M) HO NH2COCH3 -OOCCHCH3 CH2OH O OH N-acetylglucosamine (G) OH HO NH2COCH3 TB

16. Biosynthèse du peptidoglycane 1. Synthèse des précurseurs 2. Autolysines 3. Bactoprenol 4. Formation de la paroi 5. Transpeptidation

17. 1. Biosynthèse des précurseurs M M M G G L-ala L-ala L-ala D-glu D-glu D-glu BP BP BP BP UDP- DAP DAP DAP D-ala D-ala D-ala D-ala D-ala D-ala precurseur = bactoprenol

18. 2. Bactoprenol BP M G L-ala D-glu DAP D-ala D-ala Bactoprenol “transporte" le precurseur à travers la membrane cellulaire vers le périplasme. precurseur Le bactoprenol a une queue hydrophobe

19. 3. Autolysins M G M G M site de clivage Les autolysines ouvrent le peptidoglycane TB

20. 4. Croissance de la paroi M G M G M M G BP L-ala D-glu Le precurseur est inseré au niveau de la zone de clivage, le bactoprenol est recyclé. DAP D-ala D-ala

21. 5. Transpeptidation M M G G D-ala L-ala L-ala +D-ala D-ala D-glu D-glu DAP D-ala DAP DAP D-glu DAP D-ala D-ala L-ala D-glu D-ala D-ala M G L-ala M G TB

22. c. Les ponts peptidiques penicilline inhibe la formation des ponts peptidique G M G L-alanine D-glutamic acid L- lysine or DAP D-alanine D-alanine L- lysine or DAP D-glutamic acid D-alanine L-alanine DAP = diaminopimelate G G M

23. Les enzymes bactériennes vont donc intervenir pourlier D-Ala à DAP • Ce sont des transpeptidases et des transglycosylases • Ce sont elles qui sont la cible des béta-lactamines • On les appelle aussi PLP (proteine de liaison à la pénicilline) • La bactérie meurt par déséquilibre des fonctions de construction et d’autolyse (E. Coli) • Chez E.Coli, il existe 7 PLPs : PLP2 maintien de la formePLP3 formation du septum...

24. Interaction avec les PLP ( protéines liant la pénicilline ): • nombre variable de PLP suivant les espèces. • PLP : enzymes souvent fonctionnelles intervenant dans la synthèse ou le remaniement de la paroi. • fixation de la pénicilline dans le site actif de la PLP par acylation.

25. 2. Enveloppe des G+ teichoic acids Fine couche de peptidoglycane: Jusqu’à 25 couches cytoplasmique membrane

26. La paroi des G- (LPS) Couche superficielle periplasme (espace entre membrane externe et cytoplasmique)

27. 4. Enveloppe des G- LPS Membrane externe porine periplasme peptidoglycane Membranecytoplasmique

28. Pourquoi les béta-lactamines ont un spectre différent puisqu’elles agissent sur le même site? • Parce que les bactéries ont des PLPs différents • Parce que les modifications biochimiques opérées font varier l’affinité aux PLPs • Parce qu’au fil du temps les bactéries ont développé des mécanismes de resistance et les antibiotiques nouveaux ont été crées pour les surpasser • Parce que certaines modifications de structures permettent de traverser ou non la membrane externe des BGN

29. Quels sont donc les principaux mécanismes de resistance? • Imperméabilité de la paroi bactérienne • Inactivation enzymatique • Modification de la cible • Phénomène d’efflux actif

30. Cibles d’action des antibiotiques Figure 20.2

31. Imperméabilité de la paroi • Entérobactéries • Diminution ou absence d’expression des porines • Chez E. Coli, OmpF et OmpC ont un rôle primordial dans la diffusion des béta-lactamines à travers la paroi • Concerne Klebsielle, Proteus, Serratia, Enterobacter et Shigella

32. Imperméabilité de la paroi (2) • Aucune bétalactamine n’a de poids moléculaire inférieur à la limite d’exclusion des porines... • mais, 3 facteurs interviennent dans le passage: leur taille, leur charge et leur hydrophobicité • ex: Dimininution de la taille des porines de Salmonella typhi murium • Pour passer la paroi, une solution est de la détruire: Mode d’action des aminosides qui rendent les bactéries hypersensibles aux bétalactamines

33. Inactivation enzymatique • Pénicillinases et béta-lactamases • La première est décrite en 1944 et concerne S. aureus • En 1940, 100% des S. aureus étaient Peni-S. 90% sont résistantes par production de cette pénicillinase • Apparition progressive des béta-lactamases • Les béta-lactamases seraient des PLP dont la fonction a été transformée

34. Principe d’action de la pénicillinase

35. Modification de la cible • C’est le mode de résistance du pneumocoque • Il est commun aux bactéries à gram positif • Il est exceptionnel chez les BGN • Les PLPs sont altérées afin de réduire leur affinité aux pénicillines • Le réduction d’affinité de la pénicilline aux PLP se détecte par la technique des disques à l’oxacilline • Cette réduction n’est pas homogène parmi les pénames

36. Phénomène d’efflux actif • C’est un des mécanismes mis en jeu par Pseudomonas aeruginosa pour se débarasser des molécules de béta-lactamines ayant franchi la membrane externe • Ce mécanisme existe également chez le streptocoque vis à vis de certains macrolides

37. Bien évidemment, ces mécanismes peuvent être associés chez la même bactérie (ex: E.Coli) • E. Coli Multi-S: souche sauvage- La PeniG ne pénétre pas correctement la mb externe, mais l’amoxicilline est active (35 à 40% des souches) • E. Coli producteur de pénicillinase- Amox-R, Amox-clav S (20% des souches) • E.Coli hyperproducteur de pénicillinase - Amox-R, AC-R, C3G iv-S, Quin-S • E. Coli produit des BLSE(<1%)- Quin-R ou S, C3G iv-R, IMP-S

38. Plan • Introduction • Structure de la paroi bactérienne, cible des pénicillines, mécanismes de résistance • Structure, classification, spectre des pénicillines, et indications

39. Beta-Lactam Structure

40. Caracteristiques communes des -Lactamines • Même mécanisme d’action: Inhibition de la synthèse du peptidoglycane • Bactericide (sauf vis à vis de Enterococcus sp.); temps-dépendant • Démie vie courte • Elimination principalement rénale (sauf nafcilline, oxacilline, ceftriaxone, cefoperazone) • Allergie croisée - sauf aztreonam

41. -lactaminesPharmacologie • Bactéricidie independante de la concentration – Antibiotiques temps-dépendant: La durée au dessus de la CMI est corrélée à l’efficacité • Absorption • La peni G est dégradée par l’acidité gastrique • Les modifications structurelles biochimiques permettent la voie orale • Peni V mieux absorbée better que Peni G • Amoxicilline mieux absorbée que l’ampicilline

42. Puisque ce sont des antibiotiques temps-dépendant, pourquoi suffit il d’augmenter les doses pour vaincre une résistance?

43. Pharmacocinétique des antibiotiques et concentration critique Conc. Critique souche mutée Concentration plasmatique Conc. Critique Souche sauvage heure

44. Index inhibiteur • Ratio concentration au site de l’infection CMI • La concentration est liée au volume de distribution de l’antibiotique et aux barrières naturelles • Lorsque la CMI augmente, la concentration doit croitre au site de l’infection

45. Penicillines naturelles(penicilline G, penicilline V) • Peni G et Peni V obtenus par fermentation de Peniciliniumchrysogenum • L’interposition d’un atome d’Opermet l’absorbtion digestive • Spectre: - Streptocoques - Staph non bétalactamases + - Listeria - Neisseria - Leptospires - Spirochètes - Anaérobies (sf Bacteroides)

46. Penicillines naturelles(penicilline G, penicilline V) Gram-positiveGram-negative pen-susc S. aureusNeisseria sp. pen-susc S. pneumoniae Group streptococciAnaerobies viridans streptococci Au dessus du diaphragme Enterococcus Clostridium sp. Autres Treponema pallidum (syphilis)

47. Pharmacocinétique • PéniG:- détruite par l’acidité gastrique- VD= 0,35L/kg- faible diffusion dans le LCR (5 à 10% des concentrations sériques)- la demie-vie étant courte (30mn): nécessité de faire 4 perfusions/24h ou en perfusion continue • PeniV:- Stable en milieu acide- pic en 30-60mn- élimination rénale identique à PeniG- intervalle entre les prises: 8h • Penicillines retard:- 21 jours après une injection IM de 2,4MUI, les taux sériques sont de 0,12µg/ml

48. Indications • Infections à streptocoques- Angines: PeniV 2à3MUIx3/j pendant 10j- Erysipèle: 12 à 20 MUI/24h (traitement de référence)- Endocardites (Strepto et enterocoques)( en association avec un aminoside), mais cela est fonction de la sensibilité à la fois à la PeniG et à l’aminoside: de 25 à 40 MUI/24h- Infections néonatales ou de l’adulte à Strepto B(en association avec la gentaline) • Infections à pneumocoques: NON

49. Indications (2) • Infections à méningocoques- Amoxicilline aussi efficace- concentrations salivaires insuffisantes n’éliminant pas le portage • Syphilis- primaire: 1 seule injection d’Extencilline 2,4MUI avec xylocaine 1%- d’ancienneté >1an ou non connue ou secondaire: Idem à répéter une fois par semaine pendant 3 semaines- neurologique ou chez le patient VIH (après échec sérologique d’un traitement de 1ere ligne): 20MUI/j pendant 14 jours- congénitale: 50.000 UI/kg/j pendant 10j

50. Indications (3) • Infections à anaérobies sus-diaphragmatiques- mais souvent multibactérien (BGN, Bactéroides...)... Chirurgie nécessaire • Angine de Vincent: PeniV: 2MUI pendant 1 semaine • Actinomycoses: traitement de référence. 12 à 20MUI pendant 6 semaines • Infections à Listeria • Pasteurella, Rouget du porc, Charbon, maladie de Lyme, Leptospirose