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AIH– Mode d'action des Antibiotiques

29/04/2015 (10h-11h)MAQUIN Camille CR : BRASSIER JuliaAIHPr FENOLLAR12 pages

Mode d'action Antibiotiques

A. Généralités

Les Antibiotiques sont des agents anti-bactériens naturels, d'origine biologique, synthétique et/ou semi-synthétique.

Leurs but est soit d'empêcher la multiplication des bactéries, dans ce cas on parle de bactériostase, soit d'entraîner leur destruction et on parle alors de bactéricidie. Cela s'effectue au niveau d'une ou de plusieurs étapes métaboliques indispensables à la vie de la bactérie.

I. Mode d'action des antibiotiques

Les deux grands lieux d'action sont la paroi et le cytoplasme.

On retrouve 5 modes d'actions différents : • Inhibition de la synthèse de la paroi bactérienne• Inhibition de la synthèse de la membrane cytoplasmique

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Plan

A. Généralités I. Mode d'action des antibiotiques II. Le peptidoglycane

B. Les différentes actions des antibiotiques I. Antibiotiques inhibant la synthèse de la paroi bactérienne II. Antibiotiques agissant au niveau des membranes externe et cytoplasmiques III. Antibiotiques inhibiteurs de la synthèse protéique IV. Action sur la synthèse des acides nucléiques V. Autres mécanismes

C. Méthode de test de la sensibilité au antibiotiques = AntibiogrammeI. La bactériostaseII. La bactéricidieIII. L'antibiogrammeIV. Méthode le la détermination de la CMI = en milieu liquideV. Méthode de diffusion en milieu géloséVI. Courbe de concordanceVII. E-testVIII. Antibiogramme automatisé

D. Mécanismes de résistance des antibiotiques I. Caractéristiques des résistances II. Support génétique de la résistance III. Mécanisme biochimique de la résistance


• Inhibition de la synthèse protéique• Inhibition de la synthèse de l'ADN• Autres mécanismes...

Schéma de rappel sur la paroi bactérienne :

II. Le Peptidoglycane

Il s'agit de longues chaînes de disaccharides reliées entre elles par de court ponts peptidique. C'est un constituant spécifiquement bactérien.

La chaîne poly-saccharidique est une alternance de :– Acide N-actéyl-Muramique– N-acétylglucosamine

Sur l'acide Muramique sont branchés de courts peptides : L-alanine, D-alanine...

Les peptides sont reliés entre eux soit directement, soit par l'intermédiaire d'acides supplémentaires (Glycine).

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Schéma sur la synthèse du Peptidoglycane :

B. Les différentes actions des antibiotiques

I. Antibiotiques inhibant la synthèse de la paroi bactérienne

Il y en a de 2 types :• Inhibition de la synthèse des précurseurs de la paroi

Fosfomycine• Inhibition de l'insertion des unités glycaniques, précurseurs de la paroi et de la transpeptidation

β-lactamine, Glycopeptide

a) La Fosfomycine :

Son mode d'action est la pénétration intra-cytoplasmique par transport actif et l'inhibition de la pyruvil-transférase, enzyme permettant de constituer les précurseurs du peptidogycane.

C'est ici une action bactéricide.

b) β-lactamines : Penicilines, Céphalosporines, Carbapénèmes, Monobactam

Elles ont toutes une caractéristique commune : le noyaux β-lactame.

Mode d'action : 1. Pénétration jusqu'à la membrane cytoplasmique2. Fixation aux transpeptidases3. Inhibition de la transpeptidation (par analogie de structure entre le noyaux β-lactame et le motif

dipeptidique D-Alanine/D-alanine)→ Effet bactériostatique

4. Activation des auto-lysines par élimination ou inactivation d'un inhibiteur de ces enzymes→ Effet bactéricide sur les bactéries en phase de multiplication

5. Mort bactérienne, accompagnée souvent de la lyse cellulaire

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Il y a tout de même une variation du spectre d'activité en fonction des différentes β-lactamines :• Passage par les porines : taille et hydrophilie des molécules limitantes chez les bactéries à Gram négatif • Vitesse de passage dans l'espace périplasmique :

– Pas de passage– Pas d'activité sur les GRAM -

• Affinité des β-lactamines variable en fonction des PLPs

c) Gycopeptides : Vancomycine, Teicoplanine

Leur mode d'action est une inhibition de la synthèse du peptidoglycane par fixation sur le motif dipeptidique D-Alanine/D-Alanine, entraînant une inhibition par encombrement stérique des transglycosylases et des transpeptidases.

Ils sont lentement bactéricides : AB qui va mettre du temps pour agir. Donc si le patient est en choc septique ou présente un état infectieux grave, il va falloir attendre 24h avant d'être efficace, ce qui est bien trop long. On ne les utilise pas dans ce cas.

Il s'agit de molécules de grandes tailles, donc le passage est impossible à travers les porines des bactéries Gram négatif .→ Action sur les bactéries à Gram positif(Très important a savoir pour la suite de notre parcours selon la prof)

II. Antibiotiques agissant au niveau des membranes externe et cytoplasmiques

Polypeptides : Polymixines B et E (Colistine)

Ils s'insèrent parmi les phospholipides de la paroi, créent une désorganisation des membranes externes et cytoplasmiques, entraînant ainsi la port de la bactérie.C'est donc une action bactéricide.

Actifs sur les bactéries à Gram négatifs mais pas sur les bactéries à Gram positifs ++.

III. Antibiotiques inhibiteurs de la synthèse protéique

Ils interférent avec la synthèse protéique bactérienne au niveau de l'une des trois étapes principales de la traduction : l'initiation, l'élongation ou la terminaison .

Rappel: Les ribosomes procaryotes présentent 2 sous-unités :

– 1 sous-unité lourde avec un coefficient de sédimentation 50S– 1 sous-unité légère avec un coefficient de sédimentation 30S

Inhibiteurs de la sous unité 50s des ribosomes : Macrolides et apparentés (lincosamides et streptogramines = synergistines)et chloramphénicol.

Inhibiteurs de la sous-unité 30s des ribosomes : aminosides et cyclines

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Macrolides et apparentés (lincosamides et streptogramines = synergistines) : Leur mode d'action est la liaison de façon réversible à la sous-unité 50s des ribosomes, bloquant ainsi l'élongation.→ Bactériostatique

Ils sont incapable de passer la membrane externe à cause de leur hydrophobicité, on ne peut donc pas les utiliser contre les bactéries à Gram négatif.

Phénicolés = chloramphénicol : Ils s'attache à la sous-unité 50s des ribosomes et empêchent donc l'attachement des l'amino-acyl-ARNt au ribosome, ce qui stoppe l'élongation. Il a beaucoup d'effets secondaires et est donc peu utilisé dans les pays développés.→ Bactériosatiques

a) Aminosides :

Mode d'action :1. passage de la membrane cytoplasmique par des transporteurs2. fixation à la sous-unité 30s des ribosomes3. Inhibition de l'élongation de la chaîne polypeptidique en bloquant le complexe d'initiation4. Il va donc y avoir une distorsion de la structure du ribosome (30s/50s)5. Et éventuellement un blocage de la traduction et/ou synthèse de protéines de membrane anormales,

favorisant leur propre entrée.→ Rapidement bactéricides, dons très efficaces en cas de choc septique (injecté par IV exclusivement)

b) Cyclines :

Fixation irréversible à la sous-unité 30S des ribosomes empêchant l’attachement des Amino-acyl-ARNt au ribosome entraînant donc l'inhibition de la phase d’élongation.→ Bactériostatiques.

Pénétration dans les cellules : Doxicycline = AB utilisé dans le traitement des infections intracellulaires (comme Rickettsia sp, chlamydophyla pneumonae, coxella Burnetii et C. Trachomatis.)

c) Acide Fusidique :

Inhibe la synthèse protéique en se fixant au facteurs EF-G de l'élongation de la traduction→ Empêchent la fixation de l'amino-acyl-ARNt

Effet bactériostatique à faibles doses et bactéricide pour des doses plus élevées.

Il s'agit d'AB hydrophobes : Traversent mal la membrane externe des bactéries à Gram négatif donc activité uniquement sur les bactéries à Gram positif.

IV. Action sur la synthèse des acides nucléiques

a) Rifampycine

Inhibition de la transcription de l’ADN par fixation sur la sous-unité bêta de l’ARN polymérase-ADN dépendante.Effet bactériostatique puis bactéricide (même sur les bactéries au repos).Antibiotique très hydrophobe: Traverse mal la membrane externe des bactéries à Gram négatif.Agit bien à pH acide, donc utile sur des patients qui ont un abcès.

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b) Quinolones/ Fluoroquinolones

Inhibition de la réplication de l’ADN par inhibition: – Des ADN-topoisomérases II (ADN gyrase: GyrA/GyrB)– Des ADN-topoisomérases IV (ParC/ParE)

Rappel : les ADN-topoisomérases sont des enzymes contrôlant le sur-enroulement de l’ADN nécessaire à la réplication de l’acide nucléique.

→ Bactéricides. Ils pénètrent en profondeur dans les tissus et notamment les os, permettant le traitement des infections ostéo-articulaires.

V. Autres mécanismes

a) Sulfamides et Diaminopyridines

Cotrimoxazole = Sulfamide + diaminopyridine

Inhibition compétitive de la synthèse de l'acide tétrahydrofolique par blocage grâce à l'analogie structurale de l'AB avec le substrat de l'enzyme.L'acide tétrahydrofolique est le cofacteur de la synthèse ultérieure des bases puriques et pyrimidiques pour la formation des acides nucléiques.

b) Nitro-Immidazolés

Ils ne sont actifs uniquement que sur les bactéries anaérobies et certaines bactéries microaérophiles :– Réduction des groupements nitro- (NO2) par des systèmes de transporteurs d'électrons– Oxydation de l'ADN → Coupure de l'ADN = Inhibition de la réplication

→ Bactéricides

c) Nitrofuranes

Ils ont le même mécanisme d'action, et agissent aussi sur les bactéries aérobies.Ils sont utilisés dans les infections urinaires de type cystites.

Schéma de synthèse sur le mode d'action des différents antibiotiques :

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C. Méthode de test de la sensibilité au antibiotiques = Antibiogramme

I. La bactériostase

L'antibiotique réduit la croissance bactérienne :– Absence de croissance– L'innoculum bactérien reste stable

La CMI (concentration minimale inhibitrice) = plus faible concentration d'AB pour laquelle il n'existe pas de croissance bactérienne visible après 18h de culture à 37°C.

II. La bactéricidie

L'antibiotique tue la bactérie et donc on a une diminution de l'innoculum.

CMB (Concentration minimale bactéricide) = Plus faible concentration d’antibiotique pour laquelle l’inoculum bactérien est < 0.01% de l’inoculum de départ après 18h de culture à 37°C Elle n'est pas testée en pratique courante au laboratoire (contrairement à la CMI)

III. Antibiogramme

C'est l'évaluation de la sensibilité d'un bactérie à plusieurs antibiotiques = Détermination de la concentration minimale inhibitrice (CMI) de chaque molécule antibiotique (μg/mL ou mg/l).

Les résultats obtenus sont classés en : sensibles, intermédiaires, et résistants.

• Sensibles : Les concentrations sanguines obtenues avec des doses standards d'antibiotique > CMI• Résistants : Les concentrations obtenues dans le sang sont < CMI• Intermédiaires : Les concentrations obtenues dans le sang sont < CMI,

MAIS > CMI (si augmentation des dose d'AB) dans certains liquides biologiques

IV. Méthode le la détermination de la CMI = en milieu liquide

C'est la méthode de référence pour déterminer la CMI, elle est utilisée dans tous les laboratoires.

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V. Méthode de diffusion en milieu gélosé

C'est la technique la plus simple réalisée en routine dans tous les laboratoires.Elle consiste :

– A ensemencer la surface d'une gélose par inondation avec la souche à tester– Puis à déposer des disques de papiers buvard imprégnés d'un antibiotique à une certaine concentration

Plus la zone d'inhibition est grande, plus grande est la sensibilité de la souche bactérienne testé vis à vis de l'antibiotique utilisé.

VI. Courbe de concordance

Diamètre d'inhibition circulaire en mm → Détermination de la CMI sur la courbe de concordance.

VII. E-test

• Bandelette imprégnée avec un gradient croissant d'antibiotique• Détermination plus fine de la CMI en milieu gélosé

VIII. Antibiogramme automatisé

• Milieu liquide en micro-méthode• Rapide : A partir de 4H• Réalisé dans les gros laboratoires de microbiologie

D. Mécanisme de résistance des antibiotiques

Une souche bactérienne est dite résistante à un antibiotique quand elle est capable de se développer en présence d'une concentration élevée de cet antibiotique.

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I. Caractéristique des résistances

• Résistances naturellesIl y a des espèces bactériennes naturellement résistantes à certains antibiotiques.La résistance est programmé dans le génome bactérien, elle est fixe et constante au sein de l'espèce : C'est un critère d'identification.Exemple :

– Cible absente : Les bêta-lactamines agissent sur les parois, or les mycoplasmes ne possèdent pas de paroi, ils sont donc résistants à ces antibiotiques.

– Cible peu accessible: Bactéries à Gram négatif et macrolides

• Résistances acquisesRésistances apparaissant chez des bactéries jusque là sensibles aux antibiotiques. Elle apparaissent consécutivement à des modifications de l'équipement génétique.Elles ne concernent que quelques souches d'une espèces mais peuvent s'étendre.

II. Support génétique de la résistance

• Résistance naturelleChromosomique

• Résistance acquise– Chromosomique, secondaire à une mutation portant sur le chromosome– Extra-chromosomique par acquisition de gènes : éléments mobiles (transposons, plasmides)

Il y aura possibilité d'acquisition simultanée de résistances.

III. Mécanisme biochimique de la résistance

Les bactéries se défendent contre l'action des antibiotiques :– En se rendant imperméables à leur pénétration (ou leur excrétion lorsqu'ils ont réussis à rentrer)– En produisant des enzymes capables de les inactiver– En modifiant la structure de leur cibles → Défaut d'affinité pour la cible

a) Défaut de pénétration/excrétion

• Interférence au niveau de la pénétration– Résistance aux antibiotiques hydrophobes et grosses molécules des bactéries à Gram négatif– Résistance des bactéries anaérobies aux aminosides (car pas de transporteurs)– Défaut d'entrée de l'antibiotique dans la bactérie (bactérie à gram négatif) par les porines : Le

dysfonctionnement ou la perte de l'une d'entre elle peut entraîner une imperméabilité.Ceci peut être spécifique d'un antibiotique ou toucher plusieurs familles, avec un niveau de résistance variable.

• Interférence au niveau de l'excrétion : Mécanisme de type effluxL'antibiotique a réussi à pénétrer dans la bactérie mais il est aussitôt expulsé.Spécifique d'un antibiotique touchant plusieurs familles, avec un niveau de résistance variable.Résistance aux cyclines et aux fluoroquinolones.

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b) Inactivation enzymatique de l'antibiotique

C'est un mécanisme de résistance très important, très fréquent et très varié

Résistance aux bêta-lactamines par les bêta-lactamases (Pénicillinases, Céphalosporinases, bêta-lactamases à spectre étendu)Résistance enzymatique aux antibiotiques.

c) Modification d'affinité de la cible

– Affinité diminué ou cible modifiée– Niveau de résistance variable– Modification de protéines liants les pénicillines (PLPs)– Modification de l'ADN chromosomique (Rifampicine, quinolones)

CONCLUSION

L'évolution des bactéries multi-résistantes n'est pas si dramatique MAIS :• L'utilisation irraisonnée des antibiotiques entraîne l'émergence très inquiétante de bactéries de plus en

plus résistantes.• La résistance au antibiotiques et un problème important de santé publique• Il est essentiel de bien prescrire les antibiotiques afin de prévenir l'apparition de résistances• Ne pas prescrire en mono-thérapie :

– Rifampicine et acide fusidique– Fosfomycine (sauf dans les cas d'infections urinaires basses)– Fluoroquinolone (sauf pour les cas d'infections urinaires et de gastroentérites)

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CR : Voilà c'était ma dernière relecture de l'année ! Plus besoin d'aller en cours youpi ! Pour fêter ça, pleins de dédicaces !

Du coup pour commencer je vais féliciter mes compatriotes relecteurs avec qui pour certains cours on a bien rigolé et d'autres beaucoup moins ! Je fais pleins de bisous à ma Manon d'amour, à Julie, à Joule , à Hamza et à Victor !

Ensuite mes loulous de mon cœur,

Nata, ma voisine, ma co-stagiaire de cet été (avec Audrey et Guigui!), à nos goûters qui durent 3 heures au lieu de 15 minutes, à ce fameux trombi qu'on a fait de long en large, à ta folie sur le dancefloor, à tous les paquets de coquillettes et de gâteaux que tu as du sacrifier pour nous faire manger, aux parties de Mario où sans toi certains passages seraient inaccessibles et enfin à tous les bons moments qu'on a passé cette année et toux ceux à venir !

Alex (Ubi pour les intimes), qui est juste à côté de moi en ce moment et qui désespère sur du revêtement cutané, si vous cherchez la folie incarnée contactez moi je vous donne son numéro dans la seconde, c'est un très bon parti aussi car il sait faire les sushis et des croques monsieur du tonnerre ! Quand tu fais un proto j'en lâche mon ballon et ça m'exaspère mais ton rire est tellement machiavélique que c'est dur de résister :P.

Ludo, ou le plus grand de nous tous, je ne suis pas un 3ème choix, c'est juste qu'on m'oublie parce que je suis petite ! Handballeur magistral et ouais ils sont champions quoi ! Et parce qu'avec Nata et Ubi on est tes meilleurs supporters (Ubi c'est la pom-pom girl) !

Pour finir c'est la team pétage de plomb :

Lisou, qui adore son chat, qui fait un crumble magique, qui a un petit macaron sur la tête quand elle travaille et toutes les deux on adore les pommes pour le goûter ! En plus c'est diététique ! On sait que tu vas revenir toute bronzée pour les partiels et du coup tu auras trop d'avance c'est pas juste ! N'oublie pas que tu dois nous initier au paddle cet été:D

Daya, OMG, par où commencer, il y a trop de choses à dire ! Les soirées The Walking Dead qui vont bientôt être remplacées par les soirées Games of Throne, aux sujets de conversation qui dérivent sur des débats philosophiques, à ta folie coutumière et tes petites blagounettes que je capte avant même que tu les ai dites ! Tu vas partir pendant un bon moment cet été mais c'est pour la bonne cause !

Et enfin, Soso, la maman de nous toutes, la plus sérieuse aussi, toujours en folie dès qu'elle sort au Glam ou ailleurs ! Tu as perdu un pneu de voiture aussi mais ça c'est pas grave ! Toujours à la recherche du soleil et de la bonne humeur:)

Des bisous aussi à Romain.B, Clarissette, Marina, Clémence, Marine, Natacha, Floriane, Valentin, Medhi, Mathilde (la chérie de Ludo), Lucas, Anaïs et au Scary et à toute la promo !:)

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