ANTIBIÓTICOS

INTRODUCCIÓNGRUPOS DE MICROORGANISMOS PRODUCTORESAPLICACIONESIMPORTANCIA ECONOMICA

CLASIFICACIÓN DE LOS ANTIBIÓTICOS POR SU MECANISMO DE ACCIÓN:

ANTIBIÓTICOS QUE ACTÚAN SOBRE LA PARED CELULAR.

ANTIBIÓTICOS Β–LACTÁMICOSMODO DE ACCIÓNESTRUCTURA QUÍMICABIOSÍNTESIS Y REGULACIÓNTECNICAS DE ESTUDIODESARROLLO DE CEPASMÉTODOS DE PRODUCCIÓN

GRUPOS DE MICROORGANISMOS PRODUCTORES DE ANTIBIOTICOS

Hongos filamentosos:Penicillium (penicilina)AspegillusCephalosporium (cefalosporina)

Actinomicetos, familia Streptomycetaceae.Streptomyces (tetraciclina, eritromicina, estreptomicinNocardiaMicromonospora

Familia Bacillaceae. Ej.Bacillus (bacitracina, gramicidina y polimixina)

Bacterias no actinomicetos 950Actinomicetos 4600Hongos 1600

APLICACIONES

1) Como agentes quimio-terapeúticos.2) Como antitumorales.3) Antibióticos utilizados en patología de plantas.4) Antibióticos usados para aumentar el crecimiento de los animales en veterinaria.5) Antibióticos usados como herramientas en bioquímicay en biología molecular.

CLASIFICACIÓN DE LOS ANTIBIOTICOS POR SU MECANISMO DE ACCIÓN

1. Antibióticos que afectan a la pared celular: 1. Síntesis del peptidoglicano2. fosfomicina, cicloserina, bacitracina, vancomicina, beta-lactámicos

2. Antibióticos que actúan sobre la membrana plasmática:1. Polipeptidicos: polimixina B2. Polienos: nistatina y la anfotericina B3. Agentes imidazólicos

3. Antibióticos que actúa sobre la síntesis de proteína1. Actúan sobre la transcripción: Actinomicina y Rifamicina2. Actúan sobre la traducción: Aminoglicósidos (estreptomicina

kanamicina..etc), tetraciclinas, cloranfenicol y eritromicina.

4. Antibióticos que actúan sobre el DNA.1. Mitomicina, novobiocina, ácido nalidixico.

Los aminoazúcares son de dos tiposN-acetylglucosamina (NAG) y su pariente Ácido N-acetylmuramic acid (NAM).

Antibióticos que afectan a la pared celular

autolysins

EXTERIOR

Lípido-P(Bactoprenol)

UDP-NAM

pentapéptidoLipido-P-P-NAM

pentapéptido

UDP-NAG

UDP

NAM-NAG-NAM-NAG

pentapéptido

Transpeptidación

Lipido-P-P

VANCOMICINA

PENICILINAS /CEFALOSPORINAS

BACITRACINA

CICLOSERINAFOSFOMICINA

INTERIOR

NAM-NAG-NAM-NAG+NAM-NAG

pentapéptidopentapéptido

Lipido-P-P-NAM-NAGpentapéptido

UDP-NAM

Glucosamina 6P

DAP 2D-ala 2L-alaDala-DalaDgluLala

UDP-NAG

N acetilglucosamina 1P N acetilglucosamina 6P Fructosa 6P

PEP

NADPH

NADP

GlutaminaGlutamato

UTPP-P

Antibióticos que afectan a la membrana plasmatica

Polimixina B

“Efecto detergente”(6, metil octanoico)

Anfotericina B

La anfotericina B se intercala con los esteroles de lamembrana y crea poros causado perdida de electrolitosy lisis celular

Antibióticos que afectan a la membrana plasmatica

Antibióticos que inhiben la síntesis de proteinas: Transcripción

Actinomicina D

Rifampicina

Antibióticos que inhiben la síntesis de proteinas: TraducciónInhibidores de la síntesis de proteínas a nivel de la subunidad 30S

StreptomicinaGentamicinaTobramicinaAmicacina

AMINOGLICÓSIDOS

TETRACICLINAS

TetraciclinaAureomicina

Antibióticos que inhiben la síntesis de proteinas: TraducciónInhibidores de la síntesis de proteínas a nivel de la subunidad 50 S

Cloranfenicol

Mitomicina

Antibióticos que inhiben la síntesis de DNA

Novobiocina

Se une a la subunidad B de la DNAgirasa

Antibióticos β-lactámicos: Estructura química

anillo β–lactámico

anillo tiazolidinico

anillo dihidrotiazinico

anillo β–lactámico

núcleo 6-APA6-aminopenicilánico

núcleo 7-ACA7-aminocefalosporánico

Núcleo β-lactámico Estructura Hongos Bacterias Gram (+) Gram (-)

Penam AspergillusPenicilliumEpidermophytumTrichophyton

Cefem Cephalosporium Streptomyces FlavobacteriumAnixiopsis Nocardia XantomonasArachnomyces LysobacterSpiroidiumScopulariopsis

Clavam Streptomyces

Carbapenem Streptomyces SerratiaErwinia

Monobactam Nocardia PseudomonasGluconobacterChromobacterAgrobacterAcetobacter

O N

s

O N

s

O N

o

O N

O NH

Especies productoras de los principales grupos de antibióticos β-lactámicos

Transpeptidación

+ penicilina

Modificaciones de las Penicilinas

Cefalosporinas

OralCefpirome

IVCefepime (Maxipime)

OralCefixime (Suprax)Cedinir (Omnicef)

IVCeftazidimeCefoperazoneCeftriaxoneCefotaximeCeftizoxime

OralCefuroxime (Ceftin)Cefacor (Ceclor)Cefprozil (Cefzil)Ceftibutin (Cedax)Cefpodoxime (Vantin)

IVCefamandoleCefonocidCefuroximeCefoxitinCefotetanCefmetazole

OralCephalexin (Keflex)Cephradine (Velosef)Cefadrosil (Duricef)

IVCefazolinCephalothinCephapirinCephradine

Cuartageneración

Tercera generaciónSegundageneración

Primera generación

cefoxitina

cefalosporinas

lisina

Biosíntesis de penicilinas y cefalosporinas

Biosíntesis de penicilinas y cefalosporinas

penicilinas

Agrupamiento de genes implicados en la biosíntesis de antibióticos β-lactámicos en varios organismos fúngicos y procariotas

Aspectos evolutivos relacionados con la biosíntesis de Penicilinas y Cefalosporinas

El % de identidad entre la ACV Sintasa, IPN Sintasa, Cef E y Cef F, de bacterias con las proteínas homologas en eucariotas es del 57-60%. Este porcentaje es mayor que elencontrado entre otras proteínas muy conservadas, como enzimas del metabolismo primario.

CONSECUENCIAS. A partir de entonces los hongos podrían competir con las bacterias de su entorno usando un arma a la que ellos mismos no son sensibles

Se ha sugerido una posible transferencia horizontal de la ruta biosintéticade antibióticos β–lactámicos desde organismos procarióticos hasta los eucariotas.

Esta teoría esta apoyada por la ausencia de intrones en el gen pcAB (11KB), pcbC y cef EF, mientras que genes específicos ausentes en los “clusters” bacterianos pero presentes en hongos productores de penicilinas y cefalosporinas como penDE, cefG, cef D1 y cef D2 , contienen intrones.

Otro dato a favor de esta teoría es la funcionalidad de las secuencias promotorasde los genes pcbAB de A. chrysogenum en un organismo procariótico como E. coli.

Se estima que la transferencia debió ocurrir hace 370 millones de años

Desarrollo de cepasMétodos clásicos: obtenciónde mutantes

Desarrollo de cepasClásico. Mutagénesis utilizando rayosX, mostazas nitrogenadas, rayosu.v, EMS. Tras la mutagénesis se efectúa el proceso de preselección de mutantes como paso previo a la evaluación de la producción. Esta selección se basa:1. En la actividad antibacteriana de los mutantes3. En la búsqueda de superproductores de precursores.4. Selección de mutantes resistentes a iones metálicos pesados5. Destoxificación selectiva

Por recombinación genética: Recombinación parasexual. Fusión de protoplastos.

6. Revertientes de no productores 2. En la resistencia al propio antibiótico producido.

Procesos parasexuales:Procesos no meióticos en células vegetativas que conducen a recombinaciónFUSION PARASEXUAL: recombinación mitótica

(10-3)(10-6- 10-7)

Penicillium

Mejora de la producción de antibióticos β–lactámicosmediante ingeniería genética

*Aumento de la dosis génica de enzimas biosintéticas de pasos limitantes

*Expresión heteróloga de genes en hongos filamentosos

*Expresión heteróloga de genes fúngicos en E. coli

*Mutagénesis dirigida

Análisis de cepas industrialesEn muchas de las cepas industriales que se utilizan actualmente hanocurrido fenómenos de amplificación génica.

5-6 copias

14 copias

Búsqueda de nuevas moléculas pertenecientes a lamisma familia

*Uso de cepas de bacterias hipersensibles a β–lactámicos

*La adición de D-ala-D-ala a las placas de prueba revertirá la acción de antibióticos de la familia de las Vancomicinas

*Mutasíntesis

*Inmovilización del dipéptido D-ala-Dala en una columna de afinidadpara buscar moléculas de la familia de la Vancomicina

Acetato de amilo0-3ºC, pH 2,5

Medio alcalinocristaliza

40.000-200.000 litros

proceso aeróbico (vvm, 0,5-1)

impulsores de tipo turbina para el mezclado

5x 103 /ml

Fuente de N2: líquido de maceraciónde maíz, cebada, Fuente de carbono: lactosapH:6,5Ácido fenilacético

Proceso de producción de penicilina