Nell’articolo precedente sono stati esaminati i principali meccanismi di resistenza che i batteri mettono in atto contro le sostanze ad attività batteriostatica e battericida. Ora entriamo nello specifico illustrando quali sono le principali modalità di espressione dell’antibiotico resistenza per ciascuna delle classi di antibiotici di più comune utilizzo in buiatria.

Beta Lattamici

Gli antibiotici beta-lattamici (penicilline e cefalosporine) agiscono provocando dei danni strutturali ai batteri e interferendo con la sintesi della parete cellulare. In particolare, inibiscono l’enzima transpeptidasi che è essenziale per rafforzare la struttura del peptidoglicano presente nella parete cellulare. I beta-lattamici alterano la costruzione della parete provocando la lisi dei batteri che non riescono a mantenersi integri sotto la spinta pressoria endocellulare.

La resistenza agli antibiotici beta-lattamici è un fenomeno complesso che coinvolge diversi meccanismi molecolari. Uno dei principali è rappresentato dalle beta-lattamasi, enzimi capaci di idrolizzare (rompere) il nucleo beta-lattamico tipico di questi antibiotici, compromettendone l’ attività antimicrobica. Le beta-lattamasi sono classificate in diverse categorie, ciascuna con caratteristiche strutturali e funzionali specifiche.

Classe 1: Le beta-lattamasi di classe 1 includono enzimi che sono spesso codificati da geni situati su plasmidi batterici. Queste beta-lattamasi sono in grado di idrolizzare una vasta gamma di beta-lattamici e possono contribuire alla resistenza multipla agli antibiotici.

Classe 2: Le beta-lattamasi di classe 2 sono sensibili all’inibizione da parte dell’acido clavulanico. Queste beta-lattamasi sono ampiamente diffuse in specie batteriche clinicamente rilevanti e possono conferire resistenza a penicilline e cefalosporine.

Classe 3: Le beta-lattamasi di classe 3, notoriamente conosciute come metallo-beta-lattamasi, sono caratterizzate dalla presenza di ioni metallici nel sito attivo e possono idrolizzare praticamente tutti i beta-lattamici. Queste beta-lattamasi sono particolarmente temibili per la loro capacità di diffondersi rapidamente tra diversi ceppi batterici.

Oltre alle beta-lattamasi, altri meccanismi di resistenza includono:

Alterazione delle Proteine Leganti la Penicillina (PBP): alcuni batteri possono sviluppare PBP della parete con una ridotta affinità per i beta-lattamici, riducendo così l’efficacia degli antibiotici che mirano a bloccare la sintesi della parete cellulare batterica.

Ridotta Captazione dei beta-lattamici: questo meccanismo prevede alcune modificazioni nella membrana esterna dei batteri gram-negativi, come la perdita o la ridotta espressione delle porine. Ciò compromette l’ingresso dei β-lattamici nella cellula batterica, contribuendo così alla resistenza.

Aminoglicosidi

Gli antibiotici aminoglicosidi esercitano la loro funzione legandosi alle proteine specifiche della subunità 30 S dei batteri e inibendo la sintesi proteica.

La resistenza agli aminoglicosidi è un problema sempre più rilevante sia nella medicina umana che veterinaria, poiché limita l’efficacia di questi importanti antibiotici che sono ampiamente utilizzati nel trattamento di una vasta gamma di infezioni.

Il principale meccanismo di resistenza agli aminoglicosidi è l’inattivazione enzimatica. Questo processo coinvolge l’azione di enzimi modificanti che aggiungono gruppi chimici agli antibiotici, riducendo così la loro attività antibatterica. Le tre principali classi di enzimi coinvolti sono:

N-acetiltransferasi (AAC): questi enzimi aggiungono gruppi acetili agli aminoglicosidi, spesso sul gruppo amminico libero presente sulla molecola dell’antibiotico. Questo processo impedisce il legame degli aminoglicosidi ai ribosomi batterici, riducendo così la loro efficacia. Sono stati identificati numerosi enzimi AAC, ciascuno con specificità di substrato variabile.

O-nucleotidiltransferasi (ANT): gli enzimi ANT, noti anche come adeniltransferasi, aggiungono gruppi nucleotidici agli aminoglicosidi. Questo processo richiede l’utilizzo di ATP come cofattore. Gli enzimi ANT modificano gli aminoglicosidi nella loro struttura molecolare, rendendoli inefficaci contro i batteri bersaglio.

O-fosfotransferasi (APH): Gli enzimi APH aggiungono gruppi fosfato agli aminoglicosidi, spesso sui gruppi idrossilici presenti sulla molecola dell’antibiotico. Questa fosforilazione riduce l’efficacia degli aminoglicosidi, interferendo con il loro legame ai ribosomi batterici.

Un altro meccanismo di resistenza agli aminoglicosidi è la riduzione delle concentrazioni intracellulari del farmaco. Questo può avvenire attraverso diversi processi, tra cui una ridotta captazione del farmaco o meccanismi attivi di efflusso che rimuovono gli aminoglicosidi dalla cellula batterica. Questo riduce l’esposizione dei batteri agli antibiotici, riducendo così la loro efficacia nel contrastare l’infezione.

Le mutazioni cromosomiche possono contribuire alla resistenza agli aminoglicosidi. Ad esempio, nel caso della streptomicina, sono state identificate mutazioni nel gene che codifica per la proteina ribosomiale S12. Queste mutazioni possono portare a cambiamenti strutturali nei ribosomi batterici, rendendo gli aminoglicosidi meno efficaci nel legarsi e interferire con la sintesi proteica.

Un meccanismo emergente di resistenza agli aminoglicosidi coinvolge la metilazione del bersaglio ribosomiale, in particolare del rRNA 16S. Questo processo implica l’aggiunta di gruppi metilici al rRNA 16S, che riducono l’affinità degli aminoglicosidi per il loro sito bersaglio sui ribosomi batterici.

Oltre ai meccanismi sopra citati, altri fattori possono contribuire alla resistenza agli aminoglicosidi. Questi includono sistemi di efflusso multi-farmaco, mutazioni nella struttura dei lipopolisaccaridi che influenzano la captazione degli aminoglicosidi e altri meccanismi che influenzano la permeabilità della membrana batterica.

Sulfamidici e Trimethoprim

I sulfamidici sono una classe di antibiotici batteriostatici che inibiscono la conversione dell’acido para-aminobenzoico a diidropteroato che è necessario ai batteri per la sintesi degli acidi nucleici.

Il trimethoprim, commercializzato in associazione con alcuni sulfamidici (sulfamonometossina, sulfametazina ecc.), è un antibiotico batteriostatico che agisce come inibitore dell’enzima diidrofolato reduttasi che è fondamentale per la sintesi del tetraidrofolato. Quest’ultimo è essenziale per la replicazione batterica poiché interviene nella sintesi degli acidi nucleici.

La resistenza ai sulfamidici si esprime principalmente in due modi

1. Inibizione competitiva dell’enzima diidropteroato sintetasi (DHPS): i sulfamidici, mimando strutturalmente l’acido para-aminobenzoico, inibiscono competitivamente l’enzima DHPS, interferendo con la formazione del diidropteroidroato, un precursore chiave nella sintesi del tetraidrofolato.

2. Mutazioni cromosomiche e plasmidi: la resistenza può derivare da mutazioni cromosomiche che sovra esprimono l’enzima DHPS o riducono la sua affinità per i sulfamidici. Inoltre, la presenza di enzimi DHPS resistenti codificati da plasmidi può conferire resistenza acquisita.

La resistenza al trimethoprim si esprime soprattutto in tre modalità:

1. Inibizione competitiva dell’enzima diidrofolato reduttasi (DHFR): il trimethoprim inibisce competitivamente l’enzima DHFR, bloccando la conversione del diidrofolato in tetraidrofolato.

2. Mutazioni cromosomiche: mutazioni cromosomiche possono portare alla sovra espressione di DHFR o ridurne l’affinità per il trimethoprim.

3. Presenza di enzimi DHFR resistenti: alcuni batteri possono possedere varianti di DHFR con bassa affinità per il trimethoprim, rendendoli intrinsecamente resistenti.

Altri meccanismi di resistenza intrinseca, cioè naturale, e comuni ad entrambi gli antibiotici sono:

1. Impermeabilità della membrana esterna: alcuni batteri, come Pseudomonas aeruginosa, possono mostrare resistenza intrinseca dovuta alla limitata permeabilità della loro membrana esterna ai sulfamidici e al trimethoprim.

2. Utilizzo di folati esogeni: batteri come gli enterococchi e i lactobacilli, che possono utilizzare i folati esogeni, sono intrinsecamente resistenti ai sulfamidici e al trimethoprim.

Nel prossimo articolo illustreremo i principali meccanismi di resistenza espressi dai batteri nei confronti di altre tipologie di antibiotici, (amfenicoli, chinoloni, tetracicline e macrolidi), anch’essi di notevole importanza in ambito buiatrico.