I meccanismi degli antimicrobici e lo sviluppo della resistenza
Meccanismo di azione degli antibiotici beta-lattamici
Tutti gli antibiotici beta-lattamici (tra cui la penicillina) hanno un anello beta-lattamico di forma quadrata al centro della loro struttura chimica. Questa caratteristica altamente reattiva è responsabile degli effetti antimicrobici.
L'enzima transpeptidasi (il componente verde nella figura 1 qui sotto) è responsabile del collegamento tra le catene laterali di acido muramico del peptidoglicano (rappresentato dalle catene di sfere arancioni nella figura 1 qui sotto). Questa attività di reticolazione crea una forte parete cellulare.
La penicillina (il componente viola nella figura 1) può imitare un componente di questa catena laterale e come tale può legarsi irreversibilmente al sito attivo dell'enzima, impedendogli di svolgere quest'attività di reticolazione. Questo porta alla degradazione della parete cellulare batterica.
Figura 1: la penicillina lega l'enzima transpeptidasi; questo è il modo di funzionamento di tutti gli antibiotici beta-lattamici. Nel pannello A, l'enzima e la penicillina sono mostrati separatamente. Nel pannello B, vediamo come il farmaco si inserisce nel sito di legame dell'enzima, impedendone successivamente il normale funzionamento.
Resistenza ai beta-lattamici
Ci sono diversi modi in cui i batteri possono diventare resistenti agli antibiotici beta-lattamici:
1) Mutazione del sito attivo della transpeptidasi: questo processo è mostrato nel pannello C della figura 2. Se l'antibiotico non può più legarsi all'enzima bersaglio a causa di un cambiamento conformazionale, il farmaco non può più esercitare il suo effetto, come mostrato nel pannello finale della figura 1 di cui sopra.
Figura 2: resistenza batterica agli antibiotici beta-lattamici.
2) Espressione di un enzima lattamasi: gli enzimi lattamasi scindono l'importantissimo anello beta-lattamico di forma quadrata responsabile dell'effetto di questa classe di antibiotici. Tagliando l'anello prima che il farmaco abbia avuto la possibilità di interagire con il suo bersaglio, l'enzima può prevenire qualsiasi legame tra farmaco e bersaglio.
3) Permeabilità di membrana alterata: cambiamenti nella parete cellulare che impediscono o rallentano l'ingresso di un farmaco nella cellula possono conferire un grado di resistenza. Se il farmaco non può raggiungere il bersaglio, non può avere effetto!
4) Efflusso attivo del farmaco: le pompe di efflusso sono proteine transmembrana che pompano i composti fuori dalla cellula. Se un batterio comincia a esprimere una pompa che può rimuovere rapidamente un farmaco, l'effetto di quel farmaco sarà drasticamente ridotto.