Antibióticos

Microbiología Industrial

Síntesis de PG

• Síntesis de precursores solubles en el citoplasma

• Los precursores son recogidos por un transportador de membrana y se forman las uu. disacarídicas con el pentapéptido

• Las uu. disacarídicas-(pentapéptido), expuestas al exterior, son polimerizadas cadenas lineales de PG

• La cadena lineal de PG recién formado se une al PG preexistente por transpeptidación

Fase 1: citoplasma

– Activación de los monosacáridos: – UDP-NAG

• UDP-NAG + PEP UDP-NAM – Unión secuencial aa. al NAM (con ATP y Mn): – NAM-L-ala – NAM-L-ala-D-glu – NAM-L-ala-D-glu –di aa (m-DAP, L-Lys)

• NAM-L-ala-D-glu –di aa-D-ala-D-ala – Al final de esta fase tenemos en citoplasma: – UDP-NAG – UDP-NAM-(pentapéptido)

Fase 2: membrana. Unidad disacarídica-

pentapéptido y elongación

• El NAM-(pentapétido) se transfiere desde el UDP hasta el bactoprenol-P bactoprenol-P-P-NAM-(pentapéptido)

• Ahora se transfiere la NAG desde el UDP para unirse por transglucosidación con el NAM.

• Tenemos, pues: bactoprenol-P-P-NAM(pentapéptido)-NAG

• Bactoprenol está en membrana citoplásmica. NAM(pentapéptido)-NAG está en principio colgando hacia el citoplasma, pero ahora... El bactoprenol cargado con la unidad NAM(pentapéptido)-NAG se va al otro lado de la membrana (flip-flop), con lo que la unidad queda expuesta hacia el exterior

– Transglucosidación: dos unidades de bactoprenol-P-P-NAM(pentapéptido)-NAG reaccionan

– Queda libre un bactoprenol-P-P ( bactoprenol-P, por fosfatasa específica)

• Queda un bactoprenol-P-P unido a dos unidades de NAM(pentapéptido)-NAG

• La reiteración de transglucosidación va generando cadenas largas de PG naciente unido por un extremo a bactoprenol

Transpeptidación

CWT = PBP

El PG naciente (con sus pentapétidos) unido al bactoprenol reacciona por transpeptidación con un PG aceptor preexistente:

El –CO de la D-ala(4) reacciona con el NH2 libre del di-aa(3) Entrecruzamiento entre dos cadenas de PG Se libera la D-ala(5)

Antibióticos de uso común: característicasAntibiótico Acción Espectro

Antibióticos producidos por diferentes

microorganismos

Determinación de niveles de actividad antimicrobiana

a. Método de difusión en discos (Kirby-Bauer)

b. Método de dilución en caldo

Antibióticos: blancos de acción

Análogos estructurales: sulfonamidas

Penicilinas: estructuras y características

β-lactámicos: Mecanismo de acción

Cefalosporinas

Quinolonas: mecanismo de acción

Metronidazol

Rifampicina

Inhibición RNA polimerasa, transcripción

Tetraciclinas

Aminoglucósidos

Unión a S12 en

subunidad 30SUnión a S12 y L6

en subunidad

30S

Péptidos catiónicos: Mecanismos de acción

Disrupción membrana externa o MC

15-20 aa (precursores mayores, con

secuencia señal

PM <10000 Da

Anfipáticos

Piel de batracios, linfa de insectos,

neutrófilos

Mecanismos de resistencia

Mecanismos de resistencia a los antibióticos betalactámicos

• Alteraciones en la penetración

• Inactivación enzimática (betalactamasas)

• Modificación de las PBPs

• Tolerancia (CMB es 32 veces mayor que CMI)

Importancia de las betalactamasas

• Estafilococos

• Enterococos

• Neisseria spp

• Branhamella

• Enterobacteriáceas

• P. aeruginosa

• B.fragilis

• H.influenzae

Betalactamasas

• Enzimas que hidrolizan irreversiblemente el enlace amida del núcleo betalactámico de los antibióticos betalactámicos, inactivándolos.

Betalactamasas

• Características de los microorganismos con peptidoglicano, con algunas excepciones

• Descritas más de 200

• Papel no bien conocido (síntesis de pared bacteriana, mecanismo de defensa frente a betalactámicos producidos por bacterias ambientales y hongos)

• Factor más importante: utilización clínica de betalactámicos

BetalactamasasHistoria

• 1940. Descripción por Abraham y Chain. Extracto de E.coli era capaz de inactivar soluciones de penicilina (penicilinasa).

• 1944. Kirby observó que la producción de penicilinasa se correlacionaba con R a Pen en aislados de S.aureus. Incremento de cepas productoras.

• Años 60. Introducción de aminopenicilinas y cefalosporinas. Aparición de cepas R por producción de betalactamasas.

BetalactamasasCaracterísticas (1)

• Codificación:

– Cromosómicas. Gran número. Características de género, especie o subespecie

– Extracromosómicas. Posible difusión intragénica o intergénica. Amplia distribución. En general distintas a cromosómicas con excepciones (SHV-1, AmpC)

BetalactamasasCaracterísticas (3)

• Localización/excreción:

– Exoenzimas. Se excretan al medio. Características de la mayorïa de bacterias Grampositivas.

– Intracelulares: Retenidas en espacio periplásmico. Su eficacia está en función de la capacidad de los sustratos para penetrar. Características de las bacterias Gramnegativas.

Betalactamasas Características (4)

• Espectro:

– Penicilinasas

– Cefalosporinasas

– Amplio espectro

BetalactamasasCaracterísticas (5)

• Bacterias Gramnegativas:

– enzimas intracelulares, constitutivas o inducibles y codificadas por genes cromosómicos o extracromosómicos. En algunos casos acceden fácilmente al exterior (Haemophilus, Neisseria, B.fragilis). Expresión variable (especie, copias plásmido o gen).

• Bacterias Grampositivas:

– exoenzimas inducibles, mediadas normalmente por genes extracromosómicos, situados en plásmidos pequeños no autotransferibles. Actividad generalmente penicilinasa.

El operón vanA

Fenotipo: Tn1546. confiere resistencia inducible a Vancomicina y TeicoplaninaSistema de inducción de 2 componentes: VanS, proteina transmembrana, se autofosforila en presencia del glicopéptido y luego fosforila a VanR, el promotor esencial del operón.VanX: dipeptidasa, libera D-ala a partir del dipéptido D-ala-DalaVanH: hidrogena el piruvato para formar lactatoVanA: liga D-ala-DlactatoVanY: no esencial, libera lactato cuando se forma el puente peptídico

Mecanismo de resistencia a Vancomicina

Importante en Enterococos,VRE

• Más de la mitad de la producción anual de ATB en el mundo se utiliza con fines no terapéuticos, en alimentacion animal, profilaxis y estimuladores delcrecimiento ,etc

Year Report

1972 Identification of β-lactamases in soil actinomycetes

1974 Identification of aminoglycoside-modifying enzymes in soil bacteria

1988 Identification of Citrobacter spp. and Kluyvera spp. as origins of extended-spectrum β-lactamases

2001 Identification of gyrA allelism in soil isolates that provides such isolates with “natural” fluoroquinolone resistance

2004 Identification of resistance genes in the soil metagenome

2006 Identification of the environmental “resistome” that conveys multidrug resistance in soil isolates

2006 Identification of the “intrinsic” resistome of pathogens (gene knockouts)

2008 Identification of the environmental “subsistome”—a population of bacteria that degrades antibiotics

Reports on Antibiotic Resistance Genes Isolated from the EnvironmentCopyright © 2009, National Academy of Sciences

Microbiología industrial y biotecnología

Areas de aplicación y ejemplos de productos obtenidos de

microorganismos

Microbiología industrial y biotecnología: preservación

de cepas

Microbiología indutrial y biotecnología: medios de

cultivo

Microbiología indutrial y biotecnología: fermentación

Lift-tube Ferment en estado sólido

Reactor de cama fija

Reactor de partículas

en fluido

Diálisis Quimiostato

Esquema general de un proceso fermentativo

Microbiología indutrial y biotecnología: tipos de

productos

Producción de

estreptomicina en S.

griseus

Microbiología indutrial y biotecnología: metabolitos secundarios

Metabolitos primarios: producción de ácido glutámico

Bioconversión

Hidroxilación de progesterona en posición 11El sustrato (esteroide) se adiciona al cultivo del hongo

Enzimas usadas en el procesamiento de alimentos

Fernandes P., 2010

Estrategias para el mejoramiento de la performance de enzimas utilizadas en la industria de alimentos

Métodos de inmovilización: características generales

Mercado biotecnológico global: 2006-2008

Biotechnology Protein Market size** $ billion2006 2007 2008

Cancer, ArthritisInfection

Monoclonal Antibodies

20 27 33

Infections Vaccines 15 19 25

Anemia Erythropoietin 12 11.8 9.5

Autoimmune Inflammatory

TNF Blockers 10.6 13.5 18

Diabetes Insulin 9 11 12.5

MS+ Hepatitis C Interferon 6.7 7.6 8

Growth, fertility Hormones 6.5 7.4 8

Categorías terapéuticas líderes

*IMS Top Line Industry Data 2007; Ernst & Young

2008 Beyond Borders, Datamonitor

**Maggon K. R&D Paradigm Shift & billion dollar

biologics. In Shayne C. Gad Ed. Handbook of

Pharmaceutical Biotechnology.

John Wiley, New York. May 2007

• The antibiotics market generated sales of US$42 billion in 2009 globally, representing 46% of sales of anti-infective agents (which also include antiviral drugs and vaccines) and 5% of the global pharmaceutical market1. However, the antibiotics market is maturing; it showed an average annual growth of 4% over the past 5 years, compared with a growth of 16.

Parques biotecnológicos en el mundo

Patentes