Antibiotiques : mécanismes d'action et de résistance

Mme Hedia BEN ABDALLAH

Bactériologie médicale

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Prérequis : composition et synthèse de peptidoglycane

• Le peptidoglycane est constitué d'une partie glucidique et d'une partie peptidique.

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Prérequis : composition et synthèse de peptidoglycane

• Le polysaccharide est un polymère de glycosaminopeptide où la N-acétyl-glucosamine (NAG) et l'acide N-acétyl-muramique (NAM), qui sont liés par des liaisons osidiques ( B 14).

• Remarque : Le NAM est un composé spécifique des parois bactériennes

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Pré-requis : composition et synthèse de peptidoglycane

• Deux polysaccharides sont liés par des liaisons peptidiques au niveau du NAM, formés par différents acides aminés : D-alanine, L-alanine, acide glutamique, L-lysine, acide diaminopimélique (analogue de la lysine).

Remarque : Les acides aminés D sont spécifiques de la paroi bactérienne, on ne les retrouve jamais ailleurs

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Prérequis : composition et synthèse de peptidoglycane

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Prérequis : composition et synthèse de peptidoglycane

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• La membrane externe des bactéries Gram négatifs présentent des porines qui facilitent la diffusion de petites molécules hydrophiles (<700 Da) (par exemple sucres reducteurs, acides aminés et vitamines).

• Plusieurs antibiotiques (pénicillines, céphalosporines et fluoroquinolones) peuvent diffuser à travers les porines pour atteindre leurs sites d'action. Cependant, la vancomycine (1449 Da) et d'autres glycopeptides ayant des masses moléculaires trop grandes ne peuvent pas traverser les porines pour atteindre les couches de peptidoglycane. Cela les rendent inefficaces contre les bactéries gram-négatifs.

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cinq mécanismes d’action d’antibiotique • Il y a cinq mécanismes d’action d’antibiotique

1. Inhibition de la synthèse de la paroi bactérienne

2. Inhibition de la synthèse des protéines (traduction)

3. Altération de la membrane cellulaire

4. Inhibition de la synthèse des acides nucléiques

5. Action antimétabolite

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Inhibition de la synthèse de la paroi bactérienne

1) Bêta-lactamines

2) Glycopeptides

3) Fosfomycine

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• Classe 1: Inhibition de la synthèse de la paroi bactérienne

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Inhibition de la synthèse de la paroi bactérienne 1) Action des Bêta-lactamines

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Classification des Bêta-lactamines

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Résistance naturelle aux entérobactéries

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Résistance aux bêta-lactamines: staphylocoque

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Résistance aux bêta-lactamines: pneumocoque et entérocoque

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Action des glycopeptides

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Résistance aux glycopeptide

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• Vancomycine ---> Perturbation de la réticulation ( pontage) des peptidoglycanes

• Inhibe la synthèse de la paroi cellulaire en se liant au terminal D-Ala-D-Ala de la chaîne peptidique , entraînant une inhibition de la transpeptidase, ce qui empêche l'élongation et la réticulation de la matrice peptidoglycanique

• La vancomycine inhibe également la transglycosylase (glycosyltransférase), une deuxième enzyme responsable de la réticulation des résidus de sucre, bien que cela semble être un mécanisme moins important par rapport à l'inhibition de la transpeptidase.

Résistance La souche de S. aureus résistant à la vancomycine (VRSA) acqiert une résistance de l'opéron vanA qui permet la synthèse d'un précurseur de paroi cellulaire qui se termine par le dipeptide D-Ala-D-Lac au lieu de D-Ala-D-Ala. Le peptide modifié a une affinité considérablement réduite pour la vancomycine, ce qui permet une synthèse continue de peptidoglycanes (Lowy, 2003). Structure de PBP et vancomycine adaptée de Mcstrothe

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Fosfomycine

• La fosfomycine se comporte comme un analogue du phosphoénolpyruvate et inhibe l'enzyme pyruvyl-transférase (ou pyruvate-UDP-N-acétylglucosamine-transférase), ce qui a pour conséquence de bloquer la formation d'acide N-acétylmuraminique (réaction ci-dessous), l'un des constituant essentiels du peptidoglycane de la paroi bactérienne

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Mode d’action de la Fosfomycine

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Résistance à la Fosmycine

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Classe 2 : Altération de la membrane cellulaire

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Les polymixines

• Les polymixines sont isolés d'abord chez les Bacillus polymyxa.

• sont des polypeptides cycliques associés à un acide gras, qui agissent au niveau de la membrane par une action détergente, entrainant la formation de pores, donc la fuite des éléments vitaux de la bactérie.

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Les polymixines

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Classe 3 :Inhibition de la synthèse des protéines (traduction)

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Antibiotiques actifs sur la synthèse des protéines

• 1) Aminosides

• 2) Macrolides-lincosamides

• 3) Cyclines

• 4) Chloramphénicol

• 5) Ac. Fusidique

• 6) Linézolide

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Antibiotiques actifs sur la synthèse des protéines • Pour comprendre le mode d’action des antibiotiques, on

est appelé à comprendre le fonctionnement du ribosome

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Antibiotiques actifs sur la synthèse des protéines

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Résistance aux ATB actifs sur la synthèse protéique • Modification de la cible par mutation Mutations dans la ARN

16 S pour les aminosides et les tétracyclines

• Mutations dans l’ARN 23S pour le linézolide Production d’une enzyme

• Méthylation de l’ARN 23S pour les macrolides

• Modification des aminosides (acétylation, …)

• Efflux

• Macrolides

• Tétracyclines

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Antibiotiques actifs sur la synthèse des acides nucléiques

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Antibiotiques actifs sur la synthèse des acides nucléiques

• Quinolones

• Rifampicine

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Antibiotiques actifs sur la synthèse des acides nucléiques • Mode d’action des Quinolones

• Les quinolones ciblent les topoisomérases II, empêchant la réplication de l'ADN bactérien. L'inhibition de la topoisomérase induit des cassures dans l'ADN (effet clastogène) :

• Les quinolones se fixent par ailleurs sur les extrémités des brins d'ADN qui ne peuvent plus se réassembler. Cette formation d'un complexe ADN-quinolones est irréversible.

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Antibiotiques actifs sur la synthèse des acides nucléiques

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Antibiotiques actifs sur la synthèse des acides nucléiques • Mode d’action de La rifampicine:

agit en se liant spécifiquement à l'ARN polymérase bactérienne et en inhibant ainsi la transcription des ARN messagers.

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Antibiotiques actifs sur la synthèse des acides nucléiques • Mode d’action de La rifampicine:

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Action antimétabolite

• Antibiotiques agissant par inhibition compétitive

(antimétabolites) :

Les sulfamidés sont des agents anti-microbiens de structure moléculaire proche de l'acide para-aminobenzoïque normalement utilisé par la bactérie pour produire la vitamine B9.

• La bactérie va les intégrer dans son métabolisme, et, les voies métaboliques seront bloquées.

• Ceci provoque une inhibition de la synthèse des bases nucléiques et la cellule meurt par carence en bases nucléiques.

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Action antimétabolite

• Antibiotiques agissant par inhibition compétitive

(antimétabolites) :

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Mécanismes de résistance aux antibiotiques

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Mécanismes de résistance aux antibiotiques • Il y a deux types de résistance :

> La résistance naturelle est caractéristique d’une espèce, ou d’un genre.

• Exemple

- Bactéries à Gram- : résistantes à la vancomycine

- Bactéries anaérobie : résistantes aux aminosides

- Genre Klebsiella : résistant à l’amoxicilline, ticarcilline, Pipéracilline

- Espèce Enterococcus faecalis : résistante aux Céphalosporines

- Tous les entérocoques : résistants lincomycine-Clindamycine

> La résistance acquise est principalement médiée par l’acquisition d’éléments génétiques (gènes, plasmides, transposons, intégrons, etc..) codant pour une ou plusieurs résistances aux antibiotiques.

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3 grands mécanismes de résistance aux antibiotiques 3.1 – Les enzymes inactivant les antibiotiques: Ces enzymes, produites par les bactéries, inactivent l'antibiotique soit en le modifiant ou soit en l'hydrolysant.

• Ces enzymes agissent contre les béta-lactamines, les aminosides, le chloramphénicol ou les antibiotiques de la famille des macrolides-lincosamides-streptogramines (MLS).

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3 grands mécanismes de résistance aux antibiotiques • 3.2 Diminution de la perméabilité membranaire (porines et

pompes d’efflux): Cette résistance est médiée par une répression des gènes codant pour les porines (Gram négatif) associée ou pas à une surexpression des gènes codant pour les pompes d’efflux.

• Ce mécanisme entraine des modifications quantitatives ou qualitatives des porines induisant une résistance acquise souvent croisée à plusieurs familles d'antibiotiques.

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3 grands mécanismes de résistance aux antibiotiques • 3.3 – Modification de la cible de l’antibiotique: Les cibles des

antibiotiques peuvent être modifiées ou remplacées de telle manière que l’antibiotique ne puisse plus les reconnaitre, donc ne s’y fixe plus ; ainsi la bactérie acquiert souvent une résistance qui s’étend à tous les antibiotiques de cette famille

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3 grands mécanismes de résistance aux antibiotiques 3.3 – Modification de la cible de l’antibiotique:

3.3.1 - Modification des PLP : Les protéines de liaison à la pénicilline (PLP) sont des enzymes qui interviennent dans l'assemblage du peptidoglycane de la paroi.

La fixation des béta-lactamines inactive leurs fonctions enzymatiques. La modification de ces PLP entraine diminution d'affinité de ces derniers, soit par augmentation de leur production, soit par synthèse de nouvelles PLP de très faible affinité M

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3 grands mécanismes de résistance aux antibiotiques 3.3 – Modification de la cible de l’antibiotique:

3.3.2 - Modification de la cible ribosomale : Les ribosomes sont le lieu de la synthèse protéique. Ils peuvent être altérés dans leur structure et leur fonctionnement par la fixation d'un antibiotique. Une modification de la cible ribosomale acquise par mutation diminue l'affinité du site de fixation de l'antibiotique et rend la bactérie résistante. Ce mécanisme est responsable de la résistance aux tétracyclines, aux macrolides et lincosamindes, aux phénicoles, et plus rarement aux aminosides

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3 grands mécanismes de résistance aux antibiotiques 3.3 – Modification de la cible de l’antibiotique:

3.3.3 - Altération de la synthèse des acides nucléiques : L'ADN gyrase est essentielle pour la réplication de l'ADN. En paralysant son activité, les antibiotiques de la famille des quinolones ont un effet bactéricide. Des mutations peuvent conduire à la production d'enzymes modifiées insensibles à ces antibiotiques. De la même manière, l’ARN polymérase, nécessaire à la synthèse des ARN messagers peut être modifié par mutation rendant l’action de la rifampicine inefficace contre ce dernier. La dihydroptéroylsynthétase (DHPS) et la dihydrofolate réductase (DHFR) peuvent également être modifiées rendant les sulfamides inefficaces sur DHPS et le triméthoprime sur la DHFR.

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• Ce mécanisme de résistance par modification de la cible est également retrouvé contre l’action des polymyxines (colistine). En effet, l’ajout de sucres (aminoarabinose) aux lipides A du LPS (lipopolysaccharides) réduit les interactions électrostatiques et la fluidité de la membrane des bactéries (Gram-) induisant ainsi une résistance active à la polymyxine.

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