Baixe Farmacologia das infecções bacterianas: replicação, transcrição e tradução do dna e outras Notas de estudo em PDF para Farmacologia, somente na Docsity! 32 Farmacologia das Infecções Bacterianas: Replicação, Transcrição e Tradução do DNA Marvin Ryou e Donald M. Coen Introdução Caso Bioquímica da Replicação, Transcrição e Tradução do DNA Procariótico Estrutura do DNA Replicação e Segregação do DNA e Topoisomerases Transcrição Bacteriana Síntese de Proteínas Bacterianas Classes e Agentes Farmacológicos Inibidores das Topoisomerases: Quinolonas Inibidores da Transcrição: Derivados da Rifamicina Inibidores da Tradução Agentes Antimicrobianos Dirigidos Contra a Subunidade Ribossômica 305 Agentes Antimicrobianos Dirigidos Contra a Subunidade Ribossômica 505 Conclusão e Perspectivas Futuras Leituras Sugeridas INTRODUÇÃO As diferenças bioquímicas fundamentais observadas entre as bactérias e os seres humanos são exploradas no desenvolvi mento e uso clínico de antibióticos. Os processos do dogma central — replicação, transcrição e tradução do DNA — com- partilham muitas semelhanças entre bactérias e seres humanos. Entretanto, existem diferenças importantes na bioquímica dos processos do dogma central dos procariotas (i. é, bactérias), em comparação com aqueles dos encariotas (i. é, seres humanos). Três dessas diferenças são utilizadas como alvos pelos agen- tes quimioterápicos antibacterianos: (1) as topoisomerases, que regulam o superenrolamento do DNA e medeiam a segregação das fitas replicadas de DNA; (2) as RNA polimerases, que trans- crevem o DNA em RNA; e (3) os ribossomos, que traduzem o RNA mensageiro (mRNA) em proteína. Os antibióticos quinolonas são agentes de amplo espec- tro; não apenas inibem certas topoisomerases, como também convertem essas enzimas em agentes que provocam lesão do DNA. Os derivados da rifamicina ligam-se à RNA polimerase bacteriana e a inibem. (Um desses derivados, a rifampicina, constitui a base do tratamento da tuberculose.) Diversos fárma- cos ligam-se aos ribossomos bacterianos, inibindo a síntese de proteína. Especificamente, os aminoglicosídios, as tetraciclinas e as espectinomicinas ligam-se à subunidade ribossomal 305, enquanto os macrolídios, o cloranfenicol, as lincosamidas, as estreptograminas e as oxazolidinonas têm como alvo a subu- nidade ribossomal 50S. Em geral, esses inibidores da síntese de proteínas atuam sobre microrganismos tanto Gram positivos quanto Gram-negativos e, portanto, têm ampla aplicação clínica (ver Cap. 33 para uma discussão das bactérias Gram positivas e Gram-negativas). Este capítulo procede a uma revisão sucinta da bioquímica dos processos do dogma central nos procariotas e analisa certas diferenças relevantes entre esses processos nos procariotas e encariotas. A partir dessa base, o capítulo dis- cute os mecanismos pelos quais os inibidores farmacológicos interrompem a replicação, a transcrição e a tradução do DNA bacteriano. de 1976. Os participantes de uma convenção dos Legion r os, em Philadelphia, ficam gr ente doentes co! tipo misterioso de pneumonia. O surto ocorre no Bellevue Hotel, onde 150 hóspedes e 32 v dos Legionários”. A doença leva 29 convencionais para escarro, as culturas e até mesmo as amostras de necropsia não revelam nenhum patógeno consistente. O terror de uma doença epidêmica desconhecida espalha rumores e relatos inéditos de gases venenosos, suprimentos contaminados de água, terrorismo e vírus mortíferos. Vários meses depois, equipes de pesquisa laboratoriais e de campo dos Centers for Disease Control and Prevention (Centros para Controle de Doença e Prevenção) (CDC) identificam a bac- téria Gram-negativa aeróbica causal e a denominam Legionella pneumophila. Observa-se que os casos tratados com eritron e tetraciclina apresentam melhores desfechos do que aqueles tr: tados com outros nicina e outros macrolídios, à cl r O frequentemente utilizados no tratamento da doença dos Legionários, bem como 548 | capítulo Trinta e Dois no tratamento de muitas infecções por clarr estafilococos. ídias, estreptococos e QUESTÕES E 1. Quais as etapas no processo de tradução que são bloquea- das pelas tetraciclinas e pelos macrolídios? E 2. Como as bactérias desenvolvem resistência a esses fármacos e a outros inibidores da transcrição e tradução? E 3. Por que os macrolídios são bacteriostáticos, enquanto alguns antibióticos, como as quinolonas e os aminoglicosídios, são bactericidas? Por que os macrolídios constituem um tratamento efetivo na doença dos Legi os? BIOQUÍMICA DA REPLICAÇÃO, TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO DO DNA PROCARIÓTICO O dogma central da biologia molecular começa com a estrmtura do DNA, a macromolécula que transporta a informação gené- tica. Para transmitir toda a informação genética de uma célula para duas células-filhas, o DNA parental precisa ser copiado em sua totalidade (replicação), e as duas cópias resultantes devem ser segregadas — uma cópia para cada célula-filha. Para expressar os genes que se encontram no DNA, essas porções específicas do DNA são copiadas (transcrição) em RNA. A seguir, ocorre leitura de alguns RNA (mRNA) (tradução) pela maquinaria de síntese protéica para a produção de proteínas. Outros RNA, como o RNA de transferência (RNA) e o RNA ribossomal (RNA), desempenham funções complexas, que são essenciais à síntese de proteínas. A discussão que se segue sobre esses processos procarióticos é simplificada para ressaltar as etapas que são inibidas pelos antibióticos. ESTRUTURA DO DNA O DNA é constituído de duas fitas de desoxirribonucleotídios polimerizados que se entolam um ao redor do outro em uma conformação de “dupla hélice”. O grupo 5'-hidroxila de cada anel desoxirribose do nucleotídio liga-se, através de um grupo fosfato, ao grupo 3'-hidroxila do nucleotídio seguinte, forman- do, assim, o arcabouço fosfodiéster de cada lado da “escada” dupla helicoidal (Figs. 32.1 e 32.2). As purinas adenina (4) e guanina (G) e as pirimidinas timina (7) e citosina (C), que estão ligadas de modo covalente ao anel de desoxirribose, asso- ciam-se entre si (A com T, G com C) através de pontes de hidrogênio, formando os “degraus” da escada (Fig. 32.2). É a segiiência linear de bases que codifica a informação genética de uma célula. O Cap. 37 procede a uma revisão do processo de síntese dos precursores nucleotídicos dessas bases. A estru- tura do DNA é essencialmente a mesma nos procariotas e nos eucariotas. Todavia, os cromossomos procarióticos consistem, habitualmente, em DNA circular, enquanto os cromossomos eucarióticos, incluindo os dos seres humanos, consistem em moléculas lineares. REPLICAÇÃO E SEGREGAÇÃO DO DNA E TOPOISOMERASES A replicação exata e a segregação do DNA bacteriano para as células-filhas envolvem numerosas etapas, muitas das quais ó Base nitrogenada Í o=5-9 o. ó H H Base nitrogenada Ligação 315 H A fostodiéster OM Extremidade 3' Fig. 32.1 Estrutura do arcabouço do DNA. O DNA é um polímero de nucleotídios em que uma ligação fosfodister une os açúcares 2'desoxirribose de cada nucleotídio vizinho. A ligação fosfodiéster liga 3-OH de uma desoxirribose a 5'-OH da desoxirribose seguinte, formando, assim, o arcabouço da fita de DNA. podem constituir alvos apropriados para agentes antibacteria- nos. Até o momento, as enzimas nesse processo que têm sido utilizadas como alvo com maior sucesso são as topoisome- rases. Essas enzimas desempenham diversas funções durante a replicação e a segregação do DNA. Durante a replicação do DNA, as fitas complementares de DNA são sintetizadas de modo bidirecional, formando as denominadas duas forquilhas de replicação. Para iniciar esse processo, as duas fitas de DNA que compõem a dupla hélice devem se desenrolar e se separar. Ao fazê-lo, as fitas de DNA formam “superenrolamentos”, em que o polímero helicoidal sofre superenrolamento à medida que gira na mesma direção da volta da hélice. (Esse processo assemelha-se ao que ocorre com os fios de telefone durante o seu uso.) Os superenrolamentos aumentam a tensão nas fitas de DNA e, portanto, interferem no desenrolamento adicional. Na ausência de um processo para aliviar a tensão criada pelos superenrolamentos, todo o cro- mossomo deveria girar; esse processo seria complexo e iria consumir energia, podendo emaranhar toda a molécula. Quando a replicação do DNA é concluída, as duas cópias filhas de DNA enrolam-se uma em torno da outra. Nas bac- térias, como os cromossomos são circulares, as cópias filhas enlaçadas formam anéis entrelaçados (catenanos). Esses anéis entrelaçados devem ser separados (resolvidos) antes de sua segregação para as células-filhas. As topoisomerases desempenham ambas as funções — remoção do excesso de superenrolamento do DNA durante a sua replicação e separação do DNA filho entrelaçado. As topoisomerases catalisam essas atividades através de ruptura, Farmacologia das Infecções Bacterianas: Replicação, Transcrição e Tradução do DNA | RNA polimerase (holoenzima ooBp'o) O Iniciação O Alongamento PP. Movimento da polimerase ——» O Teminação Fig. 32.5 Transcrição dos procariotas. A. Durante a iniciação, a holoenzima RNA-polimerase (a. 'o) procura e reconhece segiiências promotoras no DNA. A seguir, a holoenzima separa as fitas da dupla hélice de DNA, expondo o sítio de iniciação para transcrição. B. Durante o alongamento, o cerne da enzima (sem a subunidade 0) sintetiza a nova fita de RNA na direção 5/->3' utilizando a fita de DNA desenrolada como molde. A RNA polimerase separa as fitas da dupla hélice de DNA à medida que se desloca 30 longo da fita molde, expulsando a extremidade 5" do transcrito atrás dela. A rifampicina bloqueia o alongamento através da formação de um complexo com a subunidade P da RNA polimerase (não indicada). €. Ao alcançar uma segiiência de término, o DNA, o cerne da enzima e o RNA recém-sintetizado separam-se. são produzidos pela primase). Além disso, a RNA polime- rase bacteriana é constituída apenas de 5 subunidades. Em contrapartida, os encariotas expressam tiês RNA polimerases diferentes e cada enzima é consideravelmente mais complexa na estrutura de suas subunidades do que a enzima bacteriana correspondente. Por exemplo, a RNA polimerase encariótica do tipo II, que sintetiza os precursores do mRNA, consiste em 8a 12 subunidades. SÍNTESE DE PROTEÍNAS BACTERIANAS Uma vez sintetizados os transcritos de mRNA, esses transcri- tos são traduzidos pelo mecanismo de tradução das bactérias. 551 Embora o processo global de tradução seja semelhante nas bac- térias e nos organismos superiores, existem várias diferenças nos detalhes dos mecanismos que podem ser utilizadas para fins farmacológicos. Em particular, o número e a composição de moléculas de rRNA diferem entre os ribossomos bacterianos e humanos. Por conseguinte, os ribossomos bacterianos também podem servir como alvos seletivos para antibióticos. O ribossomo de uma bactéria representativa, Escherichia coli, possui um coeficiente de sedimentação de 708 e é consti- tuído de uma subunidade 308 e uma subunidade 508. A subu- nidade 30S contém uma única molécula de rRNA de 168 e 21 proteínas diferentes, enquanto a subunidade 50S contém duas moléculas de RNA — rRNA de 238 e rRNA de 5S — e mais de 30 proteínas diferentes. O YRNA, mais do que os compo- nentes protéicos do ribossomo, é o elemento responsável pelas atividades-chave do ribossomo: a decodificação do mRNA, a ligação dos aminoácidos uns aos ontros e a translocação do processo de tradução. O ribossomo 70S contém dois sítios que se ligam aos tRNA durante a tradução: o sítio P ou “peptidil”, que contém a cadeia peptídica em crescimento, e o sítio A on “aminoacil” (também conhecido como sítio “aceptor”) que se liga às moléculas de tRNA que chegam, transportando os diversos aminoácidos (Fig. 32.6). (Existe também um sítio Eou “de saída” (“exit”), que se liga aos tRNA que foram utilizados durante a tradução antes de serem ejetados do ribossomo. A tradução, à semelhança da transcrição, também pode ser dividida em três etapas (Fig. 32.7). Durante a iniciação, os componentes do sistema de tradução são montados. Em pri- meiro lugar, o mRNA une-se à subunidade 305 do ribossomo bacteriano e a uma molécula específica de (RNA ligada à metio- nina formilada (fMet), o primeiro aminoácido codificado por todo mRNA bacteriano. A molécula de (RNA metionina formi- lada (fMet-tRNA,) liga-se a seu códon de iniciação (AUG) no mRNA. A seguir, a subunidade 50S une-se com a subunidade Ribossomo 705 Subunidade 505 (FRNA 235, 'RNA5S, mais de 30 proteínas) [ni Macrolídios Cloranfenicol Lincosamidas Estreptograminas Oxazolidinonas Subunidade 305 (FRNA 165, 21 proteínas) Tetraciclinas Fig. 32.6 O ribossomo 705 procariótico. O ribossomo 705 procariótico consiste em uma subunidade 305 e uma subunidade 50S. Cada subunidade é constituída de RNA ribossomal (FRNA) e de numerosas proteinas. Os RNA são responsáveis pela maior parte das atividades importantes do ribossomo e constituem os alvos de antibióticos que inibem a tradução. Os aminoglicosídios, a espectinomicina e as tetraciclinas ligam-se 30 RNA 165 na subunidade 305, inibindo a sua atividade. Os macrolídios, o cloranfenicol, as lincosamidas, as estreptograminas e as oxazolidinonas ligam-se 30 235 na subunidade 505, inibindo a sua atividade. A, sítio aminoacil (sítio de ligação aminoadil tRNA); P, sítio peptidil (sítio de ligação do tRNA que está unido de modo covalente à cadeia peptídica em alongamento). 552 | capítulo Trinta e Dois dg et e Complexo de iniciação Ribossomo 708 MMeHRNA 4 onezoldinonas: — Aminoácido (508, Sítio P) tRNA a carregado jo Tetraciclinas (308) — Aminoglicosídios (308) Cloranfenicol : (508, sítio A) Decodificação Lincosamidas (508, sítios A e P) Formação da Ligação / peptídica do tRNA No teNA Bo d Seerreado — e movimento do peptídio (saída) Espectinomicina (308) Macrolídios (508, túnel de saída) Oxazolidinonas? (508, sítio P) Estreptograminas Fig. 32.7 Tradução procariótica. A tradução procariótica começa com a montagem de um complexo contendo uma subunidade ribossômica 305, mRNA, tRNA ligado à formi-metionina (MMettRNA) e uma subunidade ribossômica 505. Esta etapa de montagem depende da ligação do fMet- tRNA a um códon iniciador no mRNA. O ribossomo 705, após o processo de montagem, contém dois sítios de ligação, designados como sítios aminoacil (A) e peptidil (P). O sítio A recebe os códons tripleto de mRNA que chegam e permite a ligação do tRNA ligado ao aminoácido correspondente (i é, tRNA carregado) a seu respectivo tripleto. A função decodificadora do RNA 165 ajuda a assegurar a ligação do códon do mRNA ao tRNA correto. Após a entrada de RNA carregado no sítio A, a atividade de peptidiltransferase do rRNA 235 catalisa a formação de uma ligação peptídica entre o aminoácido que ocupa o sítio A e a extremidade carboxiterminal do peptídio nascente que se encontra no sítio P. Uma vez formada a ligação peptídica, o complexo tRNA-mRNA é translocado do sítio A para o sítio P, a molécula de tRNA que ocupou o sítio P dissocia-se deste sítio, e a cadeia polipeptídica em alongamento desloca-se através do túnel de saída. Nesse estágio, o sítio A está vazio e a introdução da próxima molécula de tRNA carregada no sítio A completa o sítio. A tradução prossegue até que um códon de terminação seja encontrado no mRNA, quando a proteina recém-sintetizada é então liberada do ribossomo. Os agentes farmacológicos que inibem a tradução interferem nas atividades do ribossomo procariótico. Os aminoglicosídios ligam-se 30 TRNA na subunidade 305 e permitem a ligação de RNA incorretos ao mRNA; as tetraciclnas bloqueiam a ligação do aminoacil RNA ao sítio A; o cloranfenicol e as lincosamidas inibem a atividade de peptidil transferase da subunidade 505. A espectinomicina, os macrolídios e as estreptograminas inibem a translocação dos peptídios. Os mecanismos de ação das oxazolidinonas são incertos, porém alguns sítios possíveis de ação estão indicados. 308 para formar o ribossomo 70S completo. Nesse estágio, a molécula fMet-+RNA, ocupa o sítio P do ribossomo 70S. O alongamento envolve a adição de aminoácidos à extre- midade carboxila da cadeia polipeptídica em crescimento, à medida que o ribossomo desloca-se da extremidade 5' para a extremidade 3! do mRNA que está sendo traduzido. As molécu- las de RNA que transportam aminoácidos específicos (aminoa- cil tRNA) penetram no sítio A ribossômico e formam pares de bases com seus códons complementares no mRNA. A utilização do tRNA correto exige não apenas o reconhecimento anticódon- códon entre (RNA e mRNA, respectivamente, como também funções de decodificação desempenhadas pelo rRNA 168 na subunidade ribossômica 305. A peptidil transferase, uma enzi- ma cuja atividade deriva do 1RNA de 238 da subunidade 50S (i. é, a peptidiltransferase é uma ribozima), catalisa a formação de uma ligação peptídica entre o fMet e o aminoácido seguinte. A ligação peptídica une fMet ao próximo aminoácido, que, por sua vez, está ligado ao tRNA no sítio A (i. é, o fRNA no sítio A “aceitou” a fMET). Uma vez formada a ligação peptídica, o ribossomo avança três nucleotídios em direção à extremidade 3' do mRNA. Nesse processo, o tRNA, que estava original mente ligado à fMet, é ejetado do sítio P (e liga-se ao sítio E), o tRNA que está agora ligado a dois aminoácidos desloca-se do sítio A para o sítio P desocupado, o sítio A torna-se dispo- nível, e o peptídio em crescimento emerge do túnel de saída do ribossomo. Esse processo é conhecido como translocação. Dessa maneira, o alongamento da cadeia polipeptídica resulta de múltiplos ciclos de ligação de aminoacil tRNA ao sítio A, formação de ligação peptídica e translocação. Durante o processo de terminação, proteínas específicas, denominadas fatores de liberação, reconhecem o códon de terminação no sítio A e ativam a liberação da proteína recém- sintetizada e a dissociação do complexo ribossoma-mRNA. Em pelo menos alguns casos, esse processo parece envolver um mimetismo estrutural dos tRNA pelos fatores de liberação. Convém ressaltar três aspectos gerais relativos à tradução nas bactérias. Em primeiro lugar, as duas subunidades ribos- sômicas demonstram funções segregadas: a subunidade 308 é responsável pela decodificação exata da mensagem do mRNA, enquanto a subunidade 50S catalisa a formação das ligações peptídicas. Entretanto, a translocação parece envolver ambas as subunidades. Em segundo lugar, o mecanismo catalítico reside no componente de RNA do ribossomo, e não nas proteínas ribossômicas. Em outras palavras, é o 1RNA que “executa o trabalho”. Em terceiro lugar, os inibidores da síntese protéica bloqueiam o processo de tradução em diferentes etapas. CLASSES E AGENTES FARMACOLÓGICOS A elucidação dos mecanismos de ação dos agentes descritos adiante teve essencialmente como base o campo da genética bacteriana. Em particular, os alvos moleculares dos antibióticos foram identificados a partir do isolamento de bactérias resis- tentes a determinado antibiótico (p. ex., rifampicina), seguido da demonstração de que a molécula-alvo (p. ex., RNA polime- rase) exibe resistência bioquímica ao antibiótico e, por fim, de que a mutação causadora da resistência a fármaco reside no gene que codifica o alvo. Pesquisas mais recentes, utilizando a espectroscopia de ressonância magnética nuclear e a cris- talografia de raio X, elucidaram ainda mais as estruturas dos alvos, bem como a natureza molecular das várias interações fármaco-alvo. Farmacologia das Infecções Bacterianas: Replicação, Transcrição e Tradução do DNA | INIBIDORES DAS TOPOISOMERASES: Quinolonas As quinolonas constituem uma importante classe de antibióti- cos bacterianos, que atuam através da inibição das topoisome- rases tipo II bacterianas. Uma das primeiras quinolonas de uso clínico foi o ácido nalidíxico (Fig. 32.8), e o mecanismo de ação das quinolonas foi elucidado, em grande parte, através do estudo desse fármaco. As quinolonas mais recentemente introduzidas são, em sua maioria, fluoradas, incluindo o cipro- floxacino, o ofloxacino e o levofloxacino. Estas quinolonas e outras quinolonas fluoradas (fluoroquinolonas) são identifi- cadas pelos seus nomes genéricos, que tipicamente terminam com “floxacino” (Fig. 32.8). As fluoroquinolonas são ampla- mente utilizadas no tratamento de infecções urogenitais, respi- ratórias e gastrintestinais comuns causadas por microrganismos Gram-negativos, incluindo E. coli, Klebsiella pneumoniae, Campylobacter jejumi, Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae e Enterobacter, Salmonella e espécies de Shi- gella. Tipicamente, as bactérias desenvolveram resistência às quinolonas através de mutações cromossômicas nos genes que codificam as topoisomerases tipo II ou através de alterações na expressão das purinas e bombas de efluxo das membranas que determinam a concentração de fármaco no interior das bacté- rias. Os efeitos adversos, que são infregiientes, podem incluir náusea, vômitos e diarréia. As quinolonas atuam através da inibição de uma ou de ambas as topoisomerases tipo IL procarióticas em bactérias sensíveis, a DNA girase (topoisomerase II) e a topoisomerase IV. A seletividade de ação contra as topoisomerases bacterianas resulta de diferenças na estrutura entre as formas procarióticas e encarióticas dessas enzimas. As quinolonas inibem primariamen- te a DNA girase nos microrganismos Gram-negativos e também inibem a topoisomerase IV nos microrganismos Gram-positivos, como Staphylococcus aureus. Como o S. aureus resistente é dis- seminado, as quinolonas são menos efetivas no tratamento das infecções causadas por essa espécie de bactéria. Por conseguinte, o cooH 2] Sw N N Ácido nalidíxico o F. cooH HN Ciprofloxacina 553 essa classe de fármacos é utilizada com mais fregiiência no tra- tamento de infecções por microrganismos Gram-negativos. O mecanismo de ação das quinolonas envolve a subversão da função das topoisomerases tipo II procarióticas. Normal- mente, as topoisomerases II ligam-se a ambas as fitas de uma molécula de DNA e as quebram, permitindo que ontro frag- mento da mesma molécula passe através da quebra do DNA de dupla fita (Fig. 32.4), As quinolonas inibem essas enzimas antes que o segundo segmento de DNA possa passar, estabilizando, assim, a forma do complexo em que houve quebra do políme- ro do DNA. As quinolonas, quando presentes em baixas con- centrações, inibem reversivelmente as topoisomerases tipo II, sendo a sua ação bacteriostática. Entretanto, quando presentes em altas concentrações — que são rapidamente alcançadas nos pacientes tratados — as quinolonas convertem as topoisome- rases em agentes que lesam o DNA ao estimular a dissociação das subunidades da enzima do DNA quebrado. O DNA com dupla quebra não pode ser replicado, e não pode haver transcri- ção através dessas quebras. À dissociação da topoisomerase do DNA elou a resposta bacteriana à quebra de dupla fita levam finalmente à morte celular. Por conseguinte, as quinolonas em doses terapêuticas são antibióticos bactericidas. INIBIDORES DA TRANSCRIÇÃO: Derivados da Rifamicina A rifampicina e seu derivado estrutural, a rifabutina, são dois derivados semi-sintéticos do antibiótico de ocorrência natural, a rifamicina B (Fig. 32.8). Embora a rifampicina possa ser ntilizada para profilaxia da doença meningocócica e tratamento de algumas outras infecções bacterianas, seu prin- cipal uso é no tratamento da tuberculose e de outras infecções micobacterianas. A rifampicina mostra-se particularmente efetiva contra micobactérias que residem em fagossomos, visto que é bactericida para bactérias tanto intracelulares quanto extracelulares. Além disso, a rifampicina aumenta a atividade in vitro da isoniazida, outro fármaco de primeira Rifampicina Fig. 32.8 Estruturas dos agentes antimicrobianos cujos alvos consistem nas topoisomerases e transcrição bacterianas. O ácido nalidíxico e o ciprofloxacino são antibióticos da quinolona que inibem as topoisomerases tipo Il bacterianas. A rifampicina e a rifabutinainibem a RNA polimerase DNA-dependente bacteriana. Rifabutina 556 | Capítulo Trinta e Dois Parede celular oO Membrana intema | Membrana extema “9 20º Polissomo o o 9 o / o º oo o o q o º oo o o o o 2 o o Aminoglicosídio Incorporação de “o 20º aminoácidos o incorretos o º o CN o º oe o o o q o º oq “o q CR) Poro da membrana O) (proteína anormal) o oo oo 0º o ooo og º o oo gg “o q oo o o “Monossomo” de o? aminoglicosídio o (não-funcional) o? o / aminoglicosídios, De acordo com o modelo de Davis de ação dos aminoglicosídios, esses fármacos, quando presentes embaixas concentrações, induzem uma leitura incorreta das proteínas, e essas proteínas de leitura incorreta (anormais) permitem a entrada de concentrações mais altas de aminoglicosídios na célula que interrompem a síntese protéica. A. Inicialmente, os aminoglicosídios estão presentes em baixas concentrações no interior da célula bacteriana, apesar das concentrações extracelulares terapêuticas (altas) do fármaco, visto que as moléculas do fármaco exibem pouca captação através das membranas bacterianas. B. Os aminoglicosídios em baixas concentrações intracelulares ligam-se aos ribossomos bacterianos e induzem a incorporação de aminoácidos incorretos (leitura incorreta) nos polipeptídios nascentes. €. As proteínas anormais são inseridas nas membranas bacterianas, formando poros e causando lesão da membrana. D. As membranas lesadas permitem o afluxo de moléculas adicionais de aminoglicosídios na célula, causando inibição completa da atividade dos ribossomos. O efeito é irreversível, talvez devido à retenção do fármaco no interior da célula (“aprisionamento”). Não pode haver reparo da lesão da membrana, visto que novas proteínas não podem ser sintetizadas, levando à morte da célula. celular. Por conseguinte, os aminoglicosídios e os f-lactâmicos são comumente utilizados em combinação (ver Cap. 39). A explicação mais comumente sugerida para esse sinergismo é que a inibição da síntese da parede celular aumenta a entrada de amino glicosídios nas bactérias. O sinergismo entre os P-lac- tâmicos e os aminoglicosídios contrasta acentuadamente com o antagonismo entre os fi-lactâmicos e os inibidores bacterios- táticos da síntese protéica, discntidos adiante. Foram estabelecidos três mecanismos gerais para a resistên- cia aos amino glicosídios. O primeiro deles, que é clinicamente mais comum, consiste na produção codificada por plasmídios de uma enzima transferase ou enzimas que inativam os amino- glicosídios através de adenilação. Em segundo lugar, a entrada do fármaco na célula pode ser dificultada, talvez pela alteração ou eliminação das purinas ou de outras proteínas envolvidas no transporte do fármaco. No terceiro mecanismo, o alvo do fár- maco na subunidade ribossômica 308 pode tornar-se resistente à ligação do fármaco, devido a uma mutação ou à atividade de uma enzima codificada por plasmídio. Além de vários tipos gerais de toxicidade, como reações de hipersensibilidade e febre induzida por fármacos, os aminogli- cosídios podem causar três efeitos adversos específicos: oto- toxicidade, nefrotoxicidade e bloqueio neuromuscular. Desses efeitos adversos, a ototoxicidade (que se manifesta na forma de lesão auditiva ou vestibular) é o único fator mais importante que restringe o uso dos amino glicosídios. Há evidências excelentes de que a ototoxicidade é causada pela inibição dos ribossomos mitocondriais do hospedeiro pelos amino glicosídios. Sabe-se que esses fármacos acumulam-se na perilinfa e na endolinfa da orelha interna e que, em altas concentrações, provocam lesão das células ciliadas altamente sensíveis. Os aminoglicosídios também podem provocar insuficiência renal aguda, aparen- temente em consegiiência do acúmulo do fármaco nas células tubulares proximais. A bioquímica envolvida nessa toxicidade é pouco compreendida, embora haja suspeita de intoxicação mitocondrial e perturbação da membrana plasmática. Os ami- noglicosídios, quando presentes em concentrações muito altas, podem provocar bloqueio neuromuscular não -despolarizante, causando potencialmente paralisia respiratória. Acredita-se que esse efeito resulta da competição do fármaco com o cálcio nos sítios pré-sinápticos, resultando em diminuição da liberação de acetilcolina, incapacidade de despolarização da placa terminal pós-sináptica e paralisia muscular. Espectinomicina A espectinomicina é um derivado estrutural dos aminogli- cosídios que também se liga ao 1RNA 16S da subunidade ribossômica 30S (embora numa localização diferente do sítio de ligação dos aminoglicosídios). A espectinomicina permite a formação do complexo 708, porém inibe a translocação. Ao contrário dos aminoglicosídios, a espectinomicina não induz uma leitura incorreta de códons e não é bactericida. A espectinomicina é administrada por via parenteral e é utilizada clinicamente apenas como terapia alternativa para infecções gonorréicas. Tetracidinas e Glicilciclinas As tetraciclinas vêm sendo utilizadas clinicamente há muitos anos. Nos Estados Unidos, dispõe-se de sete tetraciclinas: a clortetraciclina, a oxitetraciclina, a tetraciclina, a demeclo- Farmacologia das Infecções Bacterianas: Replicação, Transcrição e Tradução do DNA | ciclina, a metaciclina, a doxiciclina e a minociclina. Todas estão estreitamente relacionadas em termos estruturais e podem ser consideradas como grupo. As diferenças na sua eficácia clínica são mínimas e relacionam-se, em grande parte, com a farmacocinética de absorção, distribuição e excreção de cada fármaco. As tetraciolinas são antibióticos bacteriostáticos de amplo espectro amplamente utilizados. As tetraciclinas ligam-se de modo reversível ao 1RNA 165 da subunidade 308 e inibem a síntese protéica através do blo- queio da ligação do aminoacil (RNA ao sítio A sobre o com- plexo mRNA-ribossomo. Essa ação impede a adição de outros aminoácidos ao peptídio nascente. Entretanto, a inibição da síntese protéica não explica totalmente a alta seletividade das tetraciclinas para bactérias, visto que esses fármacos também podem interromper a síntese protéica encariótica in vitro em concentrações não muito mais elevadas. Na verdade, a elevada seletividade das tetraciclinas provém do acúmulo ativo desses fármacos nas bactérias, mas não nas células dos mamíferos. As tetraciclinas penetram nas bactérias Gram-negativas por difusão passiva através de proteínas, denominadas porinas, na membrana externa, seguidas de transporte ativo (dependente de energia) através da membrana citoplasmática interna. A cap- tação nas bactérias Gram-positivas, como Bacillus anthracis (o agente etiológico do antraz), ocorre de modo semelhante através de um sistema de transporte dependente de energia. Em contrapartida, as células dos mamíferos carecem do sistema de transporte ativo encontrado nas bactérias suscetíveis. Como a seletividade bacteriana das tetraciclinas resulta de mecanismos de concentração do fármaco, conclui-se que a resistência pode surgir através de um aumento no efluxo do fármaco ou através de uma redução de seu influxo. Com efeito, as bombas de efluxo codificadas por plasmídios representam o mecanismo mais disseminado empregado pelos microrganis- mos resistentes às tetraciclinas. Uma segunda forma de resis- tência surge através da produção de proteínas que interferem na ligação das tetraciclinas ao ribossomo. Um terceiro mecanismo consiste na inativação enzimática das tetraciclinas. Uma importante característica farmacocinética das tetraci- clinas consiste na interação desses fármacos com alimentos ricos em cálcio, como laticínios, e com medicamentos que contêm cátions divalentes e trivalentes, como os antiácidos. Como esses produtos e medicamentos comprometem a absor- ção das tetraciclinas, esses fármacos são geralmente tomados com estômago vazio. Entretanto, quando as tetraciclinas já se encontram na circulação, a mesma interação com cátions — em particular com o cálcio — pode causar seqjiestro do fármaco no osso e nos dentes, levando potencialmente ao aparecimento de anormalidades de desenvolvimento em pacientes pediátricos. Os dentes também podem ficar pigmentados, devido às pro- priedades de absorção da luz ultravioleta (UV) das tetraciclinas; além disso, esses fármacos podem cansar fotossensibilidade cutânea significativa. A toxicidade renal e o distúrbio gastrintestinal constituem os dois efeitos adversos mais problemáticos das tetraciclinas, e a ocorrência de náusea e vômitos é a razão mais comum da interrupção prematura de um curso de tetraciclina. Todas as tetraciclinas são excretadas tanto na urina quanto na bile, sendo a urina a principal via para a maioria dos fármacos dessa classe. Em comparação com as outras tetraciclinas, uma fração menor da doxiciclina é eliminada pelos rins, tornando esse fármaco mais seguro para uso em pacientes com insuficiência renal. Além disso, a doxiciclina é excretada nas fezes, em grande parte numa forma inativa, de modo que esse fármaco tem a vantagem adicional de alterar ao mínimo a flora intestinal. Por 557 conseguinte, o uso da doxiciclina está associado a uma menor incidência de náusea, vômitos e superinfecção por microrganis- mos patogênicos em comparação com as outras tetraciclinas, sobretudo em pacientes imunocomprometidos. A tigeciclina (Fig. 32.9) é o primeiro membro de uma nova classe de antibióticos: as glicilciclinas. Este antibiótico foi aprovado para uso em 2005. A estrutura de quatro anéis da tigeciclina assemelha-se aquela das tetraciclinas. A tigeciclina possui amplo espectro de atividade e foi aprovada para admi- nistração intravenosa no tratamento de infecções cutâneas e abdominais graves. Agentes Antimicrobianos Dirigidos Contra a Subunidade Ribossômica 505 Os antibióticos mais extensamente estudados que atuam sobrea subunidade 50S como alvo (i. é, os macrolídios, o cloranfenicol e as lincosamidas) ligam-se a uma pequena região do rRNA 23S próximo ao centro ativo da peptidil transferase. Pequenas diferenças nos seus sítios de ligação podem ser responsáveis por diferenças nos mecanismos detalhados de ação. Macrolídios e Cetolídios Os macrolídios são assim denominados pelos seus grandes anéis de lactona, aos quais estão fixados um ou mais desoxiaçúcares (Fig. 32.11). A eritromicina é o membro mais bem conhecido desse grupo. Dois derivados semi-sintéticos da eritromicina, a azitromicina e a claritromicina, possuem espectro mais amplo do que a eritromicina, de modo que o seu nso está crescendo. Os macrolídios mostraram-se particularmente importantes no tratamento de infecções pulmonares, incluindo a doença dos Legionários. Esses agentes exibem excelente penetração no tecido pulmonar e possuem atividade intracelular igualmente importante contra Legionella. Os macrolídios são antibióticos bacteriostáticos que blo- queiam a etapa de translocação da síntese protéica ao atuar sobre o alvo do 1RNA 235 da subunidade 508. Os macrolídios ligam- se a um segmento específico RNA 235 e bloqueiam o túnel de saída a partir do qual emergem os peptídios nascentes. O uso dos macrolídios é complicado pelo problema da resis- tência, que é habitualmente codificada por plasmídios. Um mecanismo empregado pelas cepas resistentes (p. ex., Entero- bacteriaceae) consiste na produção de esterases que hidrolisam os macrolídios. A modificação do sítio de ligação ribossômico por mutação cromossômica representa um segundo mecanis- mo de resistência. Algumas bactérias reduzem a permeabili- dade de sua membrana aos macrolídios ou (mais comumente) aumentam o efluxo ativo do firmaco. A produção de metilase responde pela maior parte da resistência a macrolídios obser- vada em microrganismos Gram-positivos. A metilase modifica o alvo ribossômico dos macrolídios, resultando em diminuição da ligação do fármaco. A produção constitutiva de metilase tam- bém confere resistência a compostos estruturalmente não -rela- cionados, porém semelhantes quanto a seu mecanismo, como a clindamicina e a estreptogramina B (ver discussão adiante). As reações adversas à eritromicina tipicamente envolvem o trato gastrintestinal ou o fígado. A intolerância gastrintestinal representa o motivo mais freqiiente pela interrupção do fárma- co, visto que a eritromicina pode estimular diretamente a moti- lidade intestinal e causar náusea, vômitos, diarréia e, algumas vezes, anorexia. A eritromicina também pode produzir hepatite colestática aguda (com febre, icterícia e comprometimento da função hepática), provavelmente como reação de hipersensi- 558 | capítulo Trinta e Dois 0H 0H HN CHCh OaN ar o Cloranfenicol a Ho N -ç-a É Pa CHaCHaCH5 q à o no À H HONÇH M/ sema H OH Clindamicina Linezolida Dalfopristina Fig. 32.11 Estruturas dos agentes antimicrobianos cujo alvo é a subunidade ribossômica 505. O cloranfenicol, a eritromicina (macrolídio), a clindamicina (lincosamida), a quinupristina (estreptogramina), a linezolida (oxazolidinona) e a dalfopristina (estreptogramina) inibem a tradução bacteriana ao atuar na unidade ribossômica 505. bilidade, Os metabólitos da eritromicina podem inibir certas isozimas do citocromo P450 no fígado, aumentando, assim, a concentração plasmática de numerosos firmacos que também são metabolizados por essas enzimas hepáticas. Em geral, a azitromicina e a claritromicina são bem toleradas, embora esses fármacos também possam causar comprometimento hepático. A telitromicina, um terceiro derivado semi-sintético da esitromicina, foi aprovada pela FDA em 2004. Formalmente mais conhecida como cetolídio do que como macrolídio, a telitromicina possui um mecanismo de ação semelhante aos dos macrolídios, porém com maior afinidade pela subunidade ribossômica 50S, em virtude de sua capacidade de ligar-se a um sítio adicional no 1RNA 238. Esta maior afinidade permite o uso da telitromicina no tratamento de infecções causadas por certas cepas bacterianas que são resistentes aos macrolídios. À semelhança da eritromicina, a telitromicina pode estar envolvi- da em numerosas interações medicamentosas, e foram relatados casos raros de necrose hepática fulminante. Cloranfenicol Ocloranfenicol é umantibiótico deamplo espectro bacteriostático, ativo contra microrganismos Gram-positivos e Gram-negativos tanto aeróbicos quanto anaeróbicos. Os microrganismos mais altamente suscetíveis incluem Haemophilus inflnenzae, Neis- seria meningitidis e algumas cepas de Bacteroides. Todavia, o potencial de toxicidade grave limitou o uso sistêmico do cloranfenicol. O fármaco continua sendo utilizado em certas ocasiões no tratamento da febre tifóide, meningite bacteriana e ricketsioses, porém apenas quando não se dispõe de alternativas mais seguras, como no caso de resistência ou alergia grave a fármacos. O cloranfenicol liga-se ao 1RNA 2358 e inibe a formação das ligações peptídicas, aparentemente ao ocupar um sítio que interfere no posicionamento correto do aminoacil do (RNA no sítio A. Os microrganismos desenvolveram resistência ao cloran- fenicol através de dois mecanismos principais. Surgiu uma resistência de baixo nível em grandes populações sensíveis ao cloranfenicol através da seleção de mutantes com permeabili- dade diminuída ao fármaco. O tipo mais clinicamente signifi- cativo de resistência ao cloranfenicol surgiu em decorrência da disseminação de acetiltransferases específicas codificadas por plasmídios (das quais foram caracterizados pelo menos três tipos), que inativam o fármaco.