Carbapenems: Pasado, presente y

futuro.

Dulce Álvarez Nieva.

Montserrat It Morales.

Alejandra Juárez Daniel.

Antibióticos carbapenémicos y

su papel en nuestro arsenal antimicrobiano.

son un tipo de antibiótico betalactámico con

amplio espectro de actividad bactericida y son sumamente resistentes a las betalactamasas.

Esta clase de antibióticos fueron descubiertos originalmente del microorganismo Streptomyces cattleya, el cual, produce su propio antibiótico llamado tienamicina.

¿Qué son los Carbapenèmicos?

De los cientos de diferentes -lactámicos, los

carbapenems poseen el más amplio espectro de actividad y mayor potencia contra bacterias grampositivas y gramnegativas.

Resistentes a la hidrólisis

“Agentes de la última línea o "antibióticos de último recurso” en los pacientes con infección grave o sospechosos de albergar bacterias resistentes.

A pesar de esta tendencia amenazadora, la

comprensión de cómo mejor utilizar a estos agentes está experimentando un renacimiento, respecto a la inhibición de la -lactamasa.

Este artìculo considerará el número, tipo y diversidad del carbapenem como razones de peso para explorar estos compuestos para la investigación en el desarrollo de fármacos.

Sin embargo… las bacterias han generado resistencia… ¡Más - lactamasa!

A finales de 1960, las -lactamasas bacterianas

emergieron y amenazaron el uso de la penicilina la búsqueda de inhibidores de la -lactamasa comenzó en serio.

En 1976, fueron descubiertos los primeros inhibidores de -lactamasa ácidos olivánicos.

(Amplio espectro)

Fueron productos naturales producidos por la bacteria gram-positiva Streptomyces clavuligerus.

EL PRINCIPIO…

Primer "carbapenem" y eventualmente serviría

como padre o modelo para todos carbapenemes.

Con el tiempo, el entusiasmo por este compuesto creció rápidamente, por la actividad microbiológica inhibitoria frente a bacterias Gram-negativas, incluyendo cepas de Pseudomonas aeruginosa, anaerobios(Bacteroides fragilis) y bacterias Gram-positivas (Staphylococcus aureus y estreptococos).

Desafortunadamente, tienamicina resultó para ser inestable en solución acuosa, sensible a la hidrólisis.

Resistencia a ác. Olivánicos… Aparición de Tienamicina

N-formimidoyl Imipenem panipenem*Menos sensibles a la base hidrólisis en solución.

1985 imipenem (MK0787) se convirtió en el primer carbapenem disponible para el tratamiento de las infecciones microbianas complejas.

Sin embargo, tanto imipenem y panipenem eran susceptibles a la desactivación por dehydropepti-dase I meropenem.

Búsqueda de compuestos derivados de la Tienamicina

La tienamicina, el imipenem y el meropenem:

potentes inhibidores de las betalactamasas. Tienamicinna Muy inestable desde el punto

de vista clínico, lo que hace limitado su uso. Imipenem y meropenemMucho más estables,

pero el imipenem es degradado por la dehidropeptidasa del riñón, por lo que debe ser unido al compuesto cilastatina un inhibidor de esta enzima para aumentar su vida media.

HASTA FINALES DE 1990 SE LLEGA A UNA CONCLUSION…

Las β-lactamasas son el mayor mecanismo de

resistencia ante antibióticos de las bacterias. Estas enzimas periplásmicas hidrolizan a los

antibióticos β-lactámicos. Están clasificadas en 4 diferentes clases

basadas en similitudes estructurales: *A *B *C *D

Clasificaciòn de las -lactamasas

Las carbapenemasas son betalactamasas específicas

con la capacidad de hidrolizar carbapenems.

Las β-lactamasas de clase B utilizan Zn+ para inactivar a los enlaces beta lactama en los antibióticos. (carbapenemasas)

Las tipo A, C y D utilizan serina como nucleófilo para hidrolizar en enlace beta lactama

Aparentemente la producción de β-lactamasas es la

principal causa de resitencia a carbapenems, especialmente cuando se combinan con otros mecanismos.

Poseen un sitio activo de residuos que se sospecha

está relacionado con la hidrólisis de carbapenems

Presencia de un puente disulfuro entre Cys69 y Cys238

Distancias entre distintos aminoácidos que disminuyen el impedimento estérico causado por la cadena C6 hidroxietil y es un factor determinante para la inhibición de imipenem.

β-lactamasas tipo A

Estudios mutagénicos de SME-1 Y KPC β-lactamasas

revelaron determinados sitios relacionados con la resistencia a estos antibióticos, sin embargo la búsqueda de un solo residuo responsable de esta resistencia, aun es desconocido.

GES-2 es exclusivo de carbapenemasas tipo A por la sustitución de un solo aminácido (Glycina170- Asn) y cambia a GES-1 que es un espectro extendido de β-lactamasa en una carbapenemasa.

Otra mutación en la región Gly170 a Ser

(generando GES-5) resulta en un incremento de la actividad de carbapenemasas, por lo tanto una mayor inhibición de imipenem.

Otros estudios de modelado molecular con GES β-Lactamasas han revelado la importancia del movimiento de Trp105 al interior del sitio activo, que puede alterar las tasas de acilación.

Requieren uno o 2 cationes de Zn para llevar

a cabo su actividad Se subdividen en tres grupos:B1, B2 y B3.

B1 y B3 suelen exhibir su máxima actividad cuando se unen 2 iones de Zn.

B2 (específicamente carbapenmasas) funcionan con solo uno, y la unión de otro Zn disminuiría su actividad.

β-Lactamasas tipo B

No están generalizadas como carbapenemasas, ya

que tienen una débil actividad hacia carbapenems. Pero cuando una enzima tipo C con se une al sustrato AMPC y se encuentra con una cepa con resistencia a otro mecanismo , la resistencia hacia carbapenems puede mejorarse.

Raras enzimas clase C pueden conferir resistencia a imipenem, sin embargo la enzima por exelencia con este sustrato es CMY-10, donde una deleción de sus aminoácidos amplía significativamente el sitio activo que acomoda las cadenas laterales de carbapenems para ampliar su espectro.

β-Lactamasas tipo C

También llamadas OXA enzimas, son una

población muy heterogénea de β-lactamasas. Las estructuras de dos OXA enzimas son

diferentes, ambas tienen diferentes especificidades de sutratos para carbapenems. Tyr112 y Met223 forman una especie de túnel hidrofóbico cerca del sitio activo, lo que lo reduce.

OXA-48 es una reminiscencia de OXA-10, con sutiles diferencias en su sitio activo. Mientras se ha descubierto que OXA-48 inhibe imipenem, OXA-10 tiene preferencia por meropenem.

β-Lactamasas tipo D

Algunas β-lactamasas tipo A son suceptibles a

inhibicion por ácido clavulánico, en cambio, las tipo C y D no. Sin embargo todas ellas son inhibidas por carbapenems.

El mecanismo de inhibición comienza con la hidrólisis del ácido olivánico que causa una tautomerización de pirrolina, resultando dos isoformas y posteriormente la desacilación de las mismas.

Carbapenems e inhibición de β-lactamasas

Concluyendo que la inhibición de β-lactamasas

depende de la velocidad de la formación del tautómero de pirrolina.

Al mismo tiempo, una espectofotometría de

masa reveló que cambios secundarios en la molécula de carbapenem, pueden ocurrir cuando reaccionan con una betalactamasa. La eliminacion del grupo C-6hidroxietil de carbapenems provoca una pequeña reacción que puede ser tomada como inhibitoria.

Los factores determinantes clave en la

inhibición de la serina β-lactamasa de carbapenems son el lado hidroxietil presente en la cadena de todos los carbapenems y la isomerizaci´´on potencial del anillo de pirrolina.

El hidroxietil de la cadena lateral proporciona un impedimento estérico para el enfoque de la desacilación de una molécula de agua, mientras que los cambios de conformación del complejo enzima-carbapenem. puede resultar en tautomerización

En resumen…

Química y biología…

Serinauno de los veinte aminoácidos componentes de las proteínas codificado en el genoma.

Los determinantes clave en la inhibición de a serina β-lactamasa por carbapenems reveladas en estos estudios son la cadena lateral de hidroxietil que proporciona impedimento estérico y la isomerización potencial del anillo de pirrolina.

Para la clase A, C y D β-lactamasa, la

tautomerización es un factor clave para la inhibición y por lo tanto el andamio carbapenem es ideal.

Proteínas de membrana externa

Porinas inespecíficas Porinas de sustrato específico Porinas de emanación Mediar resistencia a carbapenemes Porinas cerradas

La resistencia a los carbapenemes es debido a

la perdida de de OprD de p.areuginosa, ya que su papel en la bacterias es la que participa en la absorción de antibióticos, y esta pérdida esta atribuida a las mutaciónes.

Bombas de eflujo

Resistencia debido a la sobreexpresión de las bombas de eflujoque se divulgan sobre todo para p. aeruginosa.

Las bombas de eflujo que eliminan carbapenemes pertenecen a la superfamilia RND.

PBP’S

Las mutaciones en la proteína PBP dan lugar a fenotipos resistentes a carbapenemes.

Expresión de PBP en P. aeruginosa, A. baumannii, P.mirabilis, y Rhodococcus equi se reduce, resultando en carbapenem.

Específicos anti MRSA carbapenemes

Varios carbapenemes fueron diseñados para actuar MRSA manteniendo la actividad contra la mayoría de gram negativos

Carbapenemes oral

Paradrogas para aumentar la absorción intestinal.

Se activan por enzimas de la pared intestinal o hígado.

Infecciones espátulas. Neumonía en niños.

Conclusiónes:

Β-lactámicos con propiedades inhubitorias de PBP Y β-lactamasa fue un gran avance en el tratamiento de enfermedades infecciosas.

Carbapenemes agentes de último recurso patra infecciones bacterianas complicadas.

Trabajar con β-lactamasas y carbapenemes ayudará en el futuro a su optimización.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN