33
Farmacologia das Infecções Bacterianas:
Síntese da Parede Celular
Anne G. Kasmar e David Hooper
Introdução
Caso
Bioquímica da Síntese da Parede Celular Bacteriana
Estrutura e Função da Parede Celular
Biossíntese da Parede Celular
Síntese dos Monômeros de Mureína
Polimerização
Ligação Cruzada
Parede Celular das Micobactérias
Autolisinas e Degradação da Parede Celular
Classes e Agentes Farmacológicos
Inibidores da Síntese de Monômeros de Mureína
INTRODUÇÃO
Em 1928, Alexander Fleming fez uma descoberta casual que
iria revolucionar o tratamento das infecções bacterianas. Essa
descoberta foi a penicilina, o primeiro de uma longa lista de
antibióticos que atuam através da inibição da síntese da parede
celular bacteriana. As propriedades químicas e estruturais
peculiares da parede celular fizeram dela um alvo atraente e
proeminente da quimioterapia antibacteriana. Entretanto, o aparecimento e a disseminação da resistência a antibióticos complicam cada vez mais o uso clínico de inibidores da síntese da
parede celular. Este capítulo procede a uma revisão da química
da síntese da parede celular bacteriana e descreve os mecanismos de ação, os usos e as limitações (que incluem resistência,
toxicidade e interações medicamentosas) dos antibióticos que
interferem nesse processo.
n
Caso
Abril de 1953. A Guerra da Coréia atingiu um momento crítico. No
hospital geral em Tóquio, a enfermaria do Dr. Alan Pierce acabou
de receber uma nova baixa do front. Três dias antes, o soldado
Morgan H, de 22 anos, foi atingido acima do joelho esquerdo
por um atirador quando estava em reconhecimento. Na unidade
MASH, a ferida foi desbridada, e foi feito um curativo. O soldado
H começou imediatamente um curso de penicilina em altas doses.
Fosfomicina e Fosmidomicina
Ciclosserina
Bacitracina
Inibidores da Síntese de Polímeros de Mureína
Vancomicina e Teicoplanina
Inibidores da Ligação Cruzada de Polímeros
Antibióticos Beta-Lactâmicos: Considerações Gerais
Antibióticos Beta-Lactâmicos: Agentes Específicos
Agentes Antimicobacterianos
Etambutol, Pirazinamida e Isoniazida
Conclusão e Perspectivas Futuras
Leituras Sugeridas
Entretanto, ao chegar em Tóquio, o soldado H apresentava um
quadro de fraqueza, delírio e febre de 39,4ºC. No exame inicial, o
Dr. Pierce percebe um odor doce e enjoativo da perna do soldado
H. Ao remover o curativo, constata que a perna está inchada abaixo
do joelho, e o ferimento pútrido e coberto de pus sanguinolento.
O diagnóstico é de gangrena, uma infecção causada pela bactéria
Gram-positiva Clostridium perfringens. O Dr. Pierce ordena a realização imediata de amputação na esperança de salvar a vida do
paciente.
O Dr. Pierce fica perturbado com o caso. No ano passado, viu
inúmeros ferimentos mais graves que o do soldado H, mas todos
sempre responderam bem ao tratamento agressivo com penicilina.
Enquanto refletia sobre o caso, recebe um comunicado da chegada
de mais pacientes — oito homens supostamente acometidos de
tuberculose, que acabaram de ser liberados como parte da Operação Little Switch para troca de prisioneiros. O Dr. Pierce sabe que
ele dispõe de estreptomicina, mas decide verificar se pode adquirir
dos Estados Unidos um suprimento de seis meses do novo agente
antituberculose, a isoniazida.
QUESTÕES
n 1. O que é a penicilina, e qual o mecanismo de sua ação?
n 2. Por que a penicilina não teve efeito para o soldado H, quando funcionou para outros antes dele?
n 3. Por que o Dr. Pierce solicitou um suprimento de isoniazida
dos Estados Unidos?
Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular
BIOQUÍMICA DA SÍNTESE DA PAREDE CELULAR
BACTERIANA
ESTRUTURA E FUNÇÃO DA PAREDE CELULAR
A parede celular das bactérias é uma rede tridimensional de
polímeros de açúcares, com ligação cruzada peptídica, que circunda a célula no lado externo de sua membrana citoplasmática
(Fig. 33.1). Na sua estrutura química, a parede celular também é conhecida como peptidoglicano, um termo derivado de
sua composição constituída de peptídios e açúcares, ou como
mureína, do latim murus, que significa “parede”. A parede
celular constitui uma característica de quase todas as bactérias
clinicamente importantes. As principais exceções são o Mycoplasma pneumoniae, que pode causar pneumonia atípica, e a
forma intracelular (ou “corpúsculo reticulado”) de Chlamydia
trachomatis, que pode provocar doença sexualmente transmitida. A parede celular possui importância crítica para as bactérias,
em virtude de sua resistência à tração. Essa resistência permite
que a célula mantenha a sua pressão osmótica intracelular em
ambientes de tonicidade variável. A resistência da parede celular bacteriana à tensão reside nas ligações cruzadas peptídicas,
tornando a inibição dessas ligações cruzadas um alvo atraente
para a terapia antibacteriana. Com efeito, a classe maior e mais
amplamente utilizada de inibidores da síntese bacteriana da
parede celular, os antibióticos beta-lactâmicos (␤-lactâmicos), atua através da inibição das enzimas transpeptidases,
que medeiam a ligação cruzada peptídica.
As bactérias são convencionalmente divididas em dois
grupos — as bactérias Gram-positivas e as bactérias Gramnegativas — com base na sua capacidade relativa de reter a
cor púrpura do componente violeta de genciana da coloração
de Gram após lavagem com um solvente orgânico, como a
acetona. As bactérias Gram-positivas retêm o corante e adquirem uma cor púrpura, enquanto as bactérias Gram-negativas
perdem o corante e assumem uma cor rosada com a aplicação
subseqüente de safranina. A coloração de Gram é freqüente-
Bactérias
Gram-positivas
|
563
mente utilizada para ajudar a identificar as bactérias presentes
em uma amostra de líquido orgânico, como urina, escarro ou
pus. A coloração pelo método de Gram foi uma maneira pela
qual o Dr. Pierce confirmou o diagnóstico de C. perfringens
em 1953, e essa técnica continua sendo uma prática padrão
nos dias atuais. A capacidade de retenção do corante de Gram
resulta de duas características diferenciais da arquitetura da
parede celular (Fig. 33.1). Em primeiro lugar, a parede celular
das bactérias Gram-positivas consiste simplesmente em uma
camada de mureína, enquanto as bactérias Gram-negativas
possuem uma segunda camada dupla de lipídios, denominada
membrana externa, do lado externo da camada de mureína. A
segunda diferença é que a camada de mureína das bactérias
Gram-positivas é, em geral, muito mais espessa que a das
bactérias Gram-negativas.
Em virtude de sua composição lipídica, a membrana externa
das bactérias Gram-negativas impede o transporte de substâncias hidrofílicas, como nutrientes e produtos de degradação.
(Em contrapartida, a camada de mureína é porosa o suficiente
para permitir a difusão de numerosas moléculas hidrofílicas.)
Para aumentar a captação de nutrientes e a excreção de produtos
de degradação hidrofílicos, as bactérias Gram-negativas possuem poros — constituídos por proteínas denominadas porinas — que atravessam a membrana externa (ver Fig. 33.1). As
porinas são importantes do ponto de vista farmacológico, visto
que a maioria dos antibióticos hidrofílicos tem acesso à camada
de mureína e às estruturas abaixo dessa camada através desses
poros. Os lipopolissacarídios no folheto externo da membrana
externa das bactérias Gram-negativas também são importantes
farmacologicamente; com efeito, essas moléculas anfipáticas
protegem as bactérias da ruptura por moléculas hidrofílicas do
hospedeiro, como sais biliares, e também são importantes para
a aderência das bactérias às células do hospedeiro e sua evasão
da resposta imune do hospedeiro. Por conseguinte, a relativa
hidrofilicidade e hidrofobicidade das várias classes de agentes
antibacterianos ajudam a determinar a arquitetura da parede
celular contra a qual esses antibióticos são mais efetivos, conforme discutido adiante.
Bactérias
Gram-negativas
Micobactérias
Lipopolissacarídio
Mureína
Poro
Poro
Membrana
externa
Lipoproteína
Fosfolipídios
extraíveis
Ácidos micólicos
Arabinogalactano
Mureína
Membrana citoplasmática
Membrana citoplasmática
Mureína
Membrana citoplasmática
Fig. 33.1 Arquitetura da parede celular bacteriana. Nas bactérias Gram-positivas (à esquerda) a parede celular é composta de uma camada espessa de
mureína, através da qual os nutrientes, os produtos de degradação e os antibióticos podem difundir-se. Os ácidos lipoteicóicos no folheto externo da membrana
citoplasmática intercalam-se através da parede celular para a superfície externa das bactérias Gram-positivas (não-ilustrado); as cadeias laterais hidrofílicas
dessas moléculas estão envolvidas na aderência, alimentação e evasão das bactérias do sistema imunológico do hospedeiro. Nas bactérias Gram-negativas
(no centro), a camada de mureína é mais delgada e está circundada por uma segunda membrana externa constituída por uma dupla camada de lipídios. As
moléculas hidrofílicas atravessam essa membrana externa através de canais, que são formados por um arranjo cilíndrico de proteínas dos poros (porinas). As
bactérias Gram-negativas também possuem lipopolissacarídios (LPS) na membrana externa; o LPS é um importante antígeno para a resposta imune contra
os microrganismos Gram-negativos. A parede celular das micobactérias (à direita), que incluem os agentes etiológicos da tuberculose (M. tuberculosis) e da
hanseníase (M. leprae), é análoga àquelas das bactérias Gram-negativas. A principal diferença entre a arquitetura de superfície das micobactérias e a das bactérias
Gram-negativas é que, nas micobactérias, os dois folhetos da membrana externa são assimétricos quanto a seu tamanho e composição; o folheto interno da
membrana externa é constituído de arabinogalactano e de ácidos micólicos, enquanto o folheto externo consiste em fosfolipídios extraíveis.
564
|
Capítulo Trinta e Três
BIOSSÍNTESE DA PAREDE CELULAR
A biossíntese da parede celular ocorre em três fases principais. A primeira delas consiste na síntese de monômeros de
mureína a partir de aminoácidos e de unidades de açúcares;
a segunda fase consiste na polimerização dos monômeros de
mureína em polímeros de peptidoglicano lineares; e, por fim,
a terceira consiste na ligação cruzada dos polímeros em redes
bidimensionais e redes tridimensionais (Fig. 33.2). A primeira
fase, que é intracelular, ocorre no citoplasma; a segunda fase é
mediada por lipídios e ocorre na membrana citoplasmática, e a
terceira, que é extracelular, ocorre no espaço periplasmático
entre a membrana citoplasmática e a camada de mureína. (Se
a bactéria não tivesse parede celular, não existiria o espaço
periplasmático. Na prática, a maior parte da síntese da parede
celular bacteriana consiste em remodelagem, isto é, as bactérias
acrescentam novos componentes de parede celular a uma parede
celular previamente existente.) Em princípio, qualquer uma das
etapas bioquímicas das três fases na síntese da parede celular
bacteriana poderia servir de alvo para inibição por fármacos
antibacterianos; todavia, apenas algumas das etapas bioquímicas são bloqueadas pelos fármacos disponíveis (ver discussão
adiante). Os detalhes da síntese da parede celular das bactérias
podem ser desanimadores; por conseguinte, é importante ter em
mente essas três fases — síntese de monômeros, polimerização
dos monômeros e ligação cruzada dos polímeros — durante a
discussão que se segue.
Síntese dos Monômeros de Mureína
A mureína (peptidoglicano) é sintetizada a partir de aminoácidos e açúcares. A síntese dos monômeros de mureína começa
com a conversão da glicose em dois derivados, a N-acetilglicosamina (N-acetil-␤-D-glicosamina [NAG]) e o ácido Nacetilmurâmico (NAM; ver Fig. 33.2). A NAG é sintetizada
a partir da glicose de cadeia fechada, a ␤-D-glicopiranose, por
amidação e fosforilação a glicosamina-1-fosfato, que, a seguir, é
acetilada e ativada pela adição de uridina difosfato (UDP) para
formar UDP–NAG. O próprio NAM é um derivado da NAG,
formado a partir da UDP–NAG em duas reações. Em primeiro
lugar, ocorre adição de fosfoenolpiruvato à UDP–NAG para
formar o éter enol piruvato UDP–NAG, uma etapa catalisada
pela enzima MurA (também conhecida como enol piruvato
transferase; Boxe 33.1); em segundo lugar, a MurB (também
conhecida como UDP–NAG-enol piruvato redutase) reduz
esta molécula a UDP–NAM completando a síntese dos componentes de açúcar.
A seguir, ocorre adição do componente peptídico. Essa adição é efetuada através de uma série de peptídios transferases
(MurC, MurD e MurE, que adicionam de modo seqüencial
os aminoácidos L-alanina, D-glutamato e um diaminoácido —
L-lisina ou ácido diamino pimélico (DAP) — ao UDP–NAM.
O DAP só difere da lisina pela presença de um grupo carboxila adicional. As bactérias Gram-positivas utilizam, em sua
maioria, a L-lisina, enquanto uma minoria das bactérias Grampositivas e todas as bactérias Gram-negativas utilizam o DAP.
Esse aspecto é notável, visto que o DAP não é encontrado nos
seres humanos e, portanto, proporciona um alvo singular para
o futuro desenvolvimento de fármacos.
A formação do peptídio prossegue com a adição de um
dipeptídio D-alanil-D-alanina (D-Ala-D-Ala) ao ácido diamino.
O dipeptídio é sintetizado a partir de duas moléculas de L-alanina em duas reações. Como os aminoácidos no meio ambiente
estão habitualmente disponíveis na conformação-L — que é
aquela encontrada na maioria das proteínas dos mamíferos — a
primeira reação requer a transformação de duas moléculas de
L-alanina em D-alanina. Essa reação é catalisada pela enzima
alanina racemase. Na segunda reação, uma enzima denominada D-Ala-D-Ala sintetase (ou D-Ala-D-Ala ligase) une as duas
D-alaninas; essa reação exige a presença de ATP. O dipeptídio D-Ala-D-Ala resultante é adicionado pela enzima MurF
ao UDP–NAM peptídio-substituído para formar UDP–NAML-Ala-D-Glu-L-Lys-(ou DAP-) D-Ala-D-Ala, uma molécula
designada como peptídio de Park (Fig. 32.2A).
São necessárias mais duas reações para completar a síntese
de um monômero de mureína. Essas reações ocorrem na superfície interna da membrana citoplasmática, em associação a uma
molécula carreadora de lipídio, o bactoprenol. O bactoprenol
também é utilizado para transportar o monômero completo até
a superfície externa da membrana citoplasmática, onde ocorre polimerização (Fig. 33.2B). Essas reações começam com
a transferência do peptídio de Park para o bactoprenol fosforilado, um processo mediado por MraY. Essa transferência
libera UMP, resultando em uma ligação pirofosfato entre o
bactoprenol e o peptídio de Park. Em uma reação catalisada
pela enzima MurG, essa nova molécula reage então com uma
molécula de UDP–NAG, liberando UDP e resultando na formação de uma ligação entre o NAM e o peptídio de Park e
NAG. Por fim, nas bactérias Gram-positivas, um polipeptídio
ligador, tipicamente constituído por cinco resíduos de glicina,
é habitualmente acrescentado na posição da lisina (ou DAP);
conforme discutido adiante, essa interponte permite a ligação
cruzada dos polímeros nas bactérias Gram-positivas. Nas bactérias Gram-negativas, os monômeros de mureína estão, em
geral, ligados diretamente uns aos outros por ligações cruzadas,
sem o uso de um polipeptídio ligador. Essas etapas completam
a síntese de um monômero de mureína.
Polimerização
As últimas duas fases no processo de biossíntese da parede
celular — polimerização (transglicosilação) e ligação cruzada
(transpeptidação) — ocorrem fora do citoplasma, no espaço
periplasmático. Para que os monômeros de mureína alcancem o
espaço periplasmático, devem atravessar a dupla camada lipídica da membrana citoplasmática. Conforme assinalado anteriormente, esse “transporte” exige o bactoprenol. Acredita-se que o
bactoprenol, uma longa molécula lipofílica, se enrole ao redor
do monômero de mureína, tornando-o lipofílico o suficiente para
atravessar a dupla camada. Uma vez no espaço periplasmático,
o monômero fixa-se a uma cadeia de mureína em crescimento
por ligações entre o NAM do monômero de mureína e a NAG
do polímero de peptidoglicano em crescimento. Essa transferência, que é catalisada por transglicosilases, libera o pirofosfato
de bactoprenol. A seguir, o pirofosfato de bactoprenol retorna
à superfície interna da membrana citoplasmática, onde perde
um grupo fosfato para formar o fosfato de bactoprenol. Esta
última etapa é catalisada por uma desfosforilase. Nesse estágio,
o fosfato de bactoprenol está pronto para aceitar outro peptídio
de Park (Fig. 33.2B).
Ligação Cruzada
Na terceira fase ou fase final da síntese da parede celular, ocorre
ligação cruzada das cadeias de mureína entre si por enzimas
denominadas transpeptidases. Como as transpeptidases foram
identificadas pela primeira vez como as moléculas-alvo da
ligação da penicilina, são também denominadas proteínas de
|
Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular
565
A Síntese de monômeros de mureína
A
Glicosamina-1-P
A
UDP–NAM
ur
B
M
ur
M
M
ur
G
lm
A
UDP–NAM
A
U
UDP–NAG
E K
D
A
E
D
K
A
E
D
K
-A
Fosfomicina
Fosmidomicina
UDP–NAM
ra Al
ce an
m in
as a
la
e
-D
-A
la
si
nt
et
as
e
M
ur
F
PEP
C
ur
D
M
ur
E
UTP
M
Acetil CoA
A
D
D
A
D
Ciclosserina
Vancomicina
Teicoplanina
B Translocação e polimerização dos monômeros de mureína
Parede celular
NAM-NAG
NAM-NAG- NAM-NAG
A
E
D
A
E
D
K
Espaço periplasmático
G
A
K
5
A
MraY
UDP–NAM
BP-NAM
A
E
D
UMP
K
MurG
A
UDP–NAG
UDP
K
A
D
A
D
D
A
DE
A
E
D
D
BP-NAM-NAG
Gly-tRNA
tRNA
A
G
5
D
A
D
BP-NAM-NAG
K
5
D
D
Bactoprenol
(BP)
G
A
D
Membrana
citoplasmática
A
E
D
D
BP
A
E
D
K
A
D
A
D
G G G G G
A
A
K
A
D
A
D
C Ligação cruzada dos polímeros de peptidoglicano
NAM-NAG
NAM-NAG
A
E
A
DE
K
A
D
A
D
NAM-NAG
Transpeptidase
D
K
G G G G G
A
D
A
D
G
5
Antibióticos β-lactâmicos
Penicilinas
Cefalosporinas
Monobactâmicos
Carbapenemos
NAM-NAG
A
E
A
DE
K
D
D
K
G G G G G
A
G
5
D
A
D
A
Fig. 33.2 Biossíntese da parede celular bacteriana e sua inibição por agentes farmacológicos. Nas bactérias, a biossíntese da parede celular pode
ser dividida em três etapas. A. Na síntese de monômeros de mureína, a glicose sofre amidação e fosforilação a glicosamina-1-fosfato (não indicado), que
é acetilada e conjugada a um nucleotídio de difosfato de uridina (UDP) pela enzima GlmU formando UDP–N-acetilglicosamina (UDP–NAG). A adição de
fosfoenolpiruvato (PEP) pela enol piruvato transferase (MurA) e a redução do produto assim formado pela MurB resulta na formação do UDP–N-ácido
acetilmurâmico (UDP–NAM). A fosfomicina e a fosmidomicina são inibidores seletivos da enol piruvato transferase. A NAG e o NAM são as duas unidades
de açúcares para a síntese subseqüente da parede celular. A MurC, a MurD e a MurE adicionam seqüencialmente os aminoácidos L-alanina (A), D-glutamato
(DE) e L-lisina (K) ao UDP–NAM. Em algumas bactérias, o ácido diamino pimélico (DAP) é adicionado em lugar da L-lisina. A alanina racemase converte a
L-alanina em D-alanina (DA), e D-Ala-D-Ala sintetase forma o dipeptídio D-Ala-D-Ala. Esse dipeptídio é adicionado ao tripeptídio A-DE-K (ou A-DE-DAP) pela MurF,
resultando em uma molécula de UDP–NAM ligada a cinco aminoácidos (peptídio de Park). A ciclosserina inibe tanto a alanina racemase quanto a D-Ala-D-Ala
sintetase, impedindo, assim, a adição de resíduos de alanina à cadeia peptídica em crescimento. B. O complexo NAM-pentapeptídio é transferido do UDP para o
carreador de lipídio, bactoprenol (BP), pela enzima MraY, e a NAG é adicionada a partir da UDP–NAG pela MurG. Em algumas bactérias, um a cinco aminoácidos
podem ser então adicionados a K ou DAP para formar um peptidoglicano ramificado; os aminoácidos são adicionados a partir do amino acil tRNA. (Aqui,
como exemplo, são adicionados cinco resíduos de glicina [G] a partir do glicil-tRNA.) Na etapa de translocação e polimerização dos monômeros de mureína, o
complexo BP–peptidoglicano é transportado da membrana interna da bactéria até o espaço periplasmático, onde as transglucosilases unem o monômero de
mureína à cadeia de peptidoglicano em crescimento. Simultaneamente, o BP é liberado para catalisar outro ciclo de translocação de monômeros de mureína.
O término desse conjunto de reações depende da fosforilação e desfosforilação seriadas da molécula de bactoprenol (não indicada). A bacitracina inibe a
desfosforilação do bactoprenol e, portanto, interrompe a translocação dos monômeros de mureína (não indicada). A vancomicina e a teicoplanina ligam-se à
extremidade terminal D-Ala-D-Ala da unidade de monômero de mureína conjugado com BP e, portanto, impedem a adição do monômero de mureína mediada
pela transglicosidase à cadeia de peptidoglicano em crescimento. C. Na etapa final de biossíntese da parede celular, ocorre ligação cruzada dos polímeros
glicopeptídicos adjacentes numa reação catalisada por transpeptidases bacterianas. No exemplo apresentado, uma transpeptidase efetua a ligação cruzada de
um pentapeptídio de glicano (G) em uma cadeia de peptidoglicano a um resíduo D-Ala de uma cadeia de peptidoglicano adjacente; conforme mostrado de
modo detalhado na Fig. 33.3, o resíduo D-Ala terminal é deslocado nessa reação. Os antibióticos ␤-lactâmicos (penicilinas, cefalosporinas, monobactâmicos e
carbapenemos) inibem as enzimas transpeptidases que efetuam ligações cruzadas de polímeros de peptidoglicanos adjacentes.
566
|
BOXE 33.1
Capítulo Trinta e Três
Enzimas Envolvidas na Biossíntese da
Parede Celular
A exemplo da maioria das enzimas, as enzimas envolvidas
na biossíntese da parede celular possuem múltiplos nomes. A
convenção da nomenclatura Mur utilizada aqui representa o padrão
emergente, porém as enzimas ainda são conhecidas pelos seguintes
termos descritivos (entre outros):
GlmU
MurA
MurB
MurC
MurD
MurE
MurF
MraY
MurG
Diamino N-acetiltransferase
Enol piruvato transferase
UDP–NAG-enol piruvato redutase
UDP–NAM-L-Ala sintetase
UDP–NAM-L-Ala-D-Glu sintetase
UDP–NAM- L -Ala- D -Glu-2,6-diaminopimelato
sintetase
UDP–NAM-tripeptídio-D-ALA-D-Ala sintetase
UDP–NAM-pentapeptídio:undecaprenil-fosfato
transferase
Undecaprenildifosfo-NAM-pentapeptídio:
NAG transferase
Nota: Undecaprenol é outro termo para referir-se ao bactoprenol.
ligação da penicilina (PBP). A enzima transpeptidase desloca
o resíduo D-Ala terminal em uma cadeia peptídica para formar um intermediário proteína–peptidoglicano; o grupo amino
livre no aminoácido terminal do peptídio interponte (glicina na
maioria das bactérias Gram-positivas) ou no DAP (bactérias
Gram-negativas) ataca então esse intermediário, resultando na
formação da ligação cruzada (Figs. 33.2C e 33.3). As diferenças
observadas no comprimento da cadeia e no número e tipo de
ligações cruzadas conferem a cada espécie de bactéria a sua
forma e o seu tamanho característicos, e à parede celular de
cada espécie, a sua espessura característica.
Tipicamente, as bactérias possuem diversas transpeptidases
com especificidades diferentes, mas que se superpõem. Essas
isoformas distintas das enzimas são utilizadas para criar diferentes partes da parede. Por exemplo, Escherichia coli possui seis
transpeptidases, algumas das quais formam a metade cilíndrica
dessa bactéria em forma de bastonete, enquanto outras formam
suas extremidades hemiesféricas. Além disso, o conjunto de
transpeptidases difere de uma espécie para outra e particularmente entre bastonetes, como E. coli e C. perfringens e cocos
esféricos, como os estreptococos e os estafilococos.
PAREDE CELULAR DAS MICOBACTÉRIAS
As estruturas da parede celular descritas anteriormente aplicam-se à grande maioria das bactérias de importância clínica,
incluindo cocos Gram-positivos, como os estreptococos e os
estafilococos; bacilos Gram-negativos, como E. coli e Pseudomonas aeruginosa, e bacilos Gram-positivos, como C. perfringens. Entretanto, a parede celular de um grupo de bactérias,
as micobactérias, difere em vários aspectos importantes. Em
virtude do impacto clínico ressurgente do Mycobacterium
tuberculosis, a bactéria responsável pela tuberculose, é importante examinar de modo mais detalhado a parede celular das
micobactérias.
A exemplo da parede celular das bactérias Gram-negativas,
a das micobactérias consiste em uma camada relativamente
fina de mureína no lado externo da membrana citoplasmática. Entretanto, diferentemente das bactérias Gram-negativas,
os resíduos de NAM da parede celular nas micobactérias são
modificados pela adição de uma longa cadeia ramificada, que
consiste em um ligador de NAG-arabinogalactano, recoberto com ácido micólico. Estruturalmente, a camada de ácido
micólico lipofílica atua como metade interna de uma membrana externa assimétrica; metade externa dessa membrana é
composta de fosfolipídios secretados, denominados lipídios
extraíveis, que são análogos àqueles que formam a metade
externa da membrana citoplasmática (ver Fig. 33.1). De modo
global, pode-se estabelecer uma analogia entre a parede celular
das micobactérias e a parede celular das bactérias Gram-negativas e estruturas associadas. Tanto as micobactérias quanto as
bactérias Gram-negativas estão envolvidas por uma membrana
interna (citoplasmática), uma camada de mureína (parede celular) e uma membrana externa; a principal diferença estrutural
reside no fato de que a membrana externa das micobactérias
é espessa, assimétrica e altamente impermeável às substâncias
tanto hidrofílicas quanto hidrofóbicas.
A síntese do NAG-arabinogalactano começa com a transferência de uma molécula de fosfato de NAG da UDP–NAG
para o fosfato de bactoprenol micobacteriano. A seguir, ocorre
adição de uma molécula do açúcar ramnose, seguida da adição
de várias unidades de galactose e arabinose que formam o arabinogalactano. A adição das unidades de arabinose é catalisada
pela enzima arabinosil transferase.
O ácido micólico é um ácido graxo longo, complexo e ramificado. Os materiais iniciais para a sua síntese incluem diversas
cadeias de hidrocarboneto saturadas longas, que são sintetizadas a partir de unidades de dois carbonos transportadas pela
acetil-CoA. A enzima ácido graxo sintetase 1 (FAS1) catalisa a formação dessas cadeias de hidrocarbonetos saturadas,
enquanto a enzima ácido graxo sintetase 2 (FAS2) catalisa
a ligação dessas cadeias. A seguir, o produto é ligado sobre
várias transformações enzimáticas, produzindo ácido micólico.
O ácido micólico é finalmente adicionado ao NAG-arabinogalactano, que por sua vez é fixado ao NAM para formar a metade
interna completa da membrana externa das micobactérias (Figs.
33.1 e 33.4).
Em princípio, qualquer etapa desse processo é passível de
intervenção farmacológica. Conforme discutido adiante, os
esquemas padrões de tratamento antimicobacteriano incluem
antibióticos dirigidos contra a síntese do NAG-arabinogalactano e as reações iniciais da síntese do ácido micólico.
AUTOLISINAS E DEGRADAÇÃO DA
PAREDE CELULAR
Para que as bactérias cresçam, é necessário haver expansão
da parede celular bacteriana. Para que ocorra essa expansão,
é necessária a incorporação de novas unidades de mureína na
parede celular existente. Esse processo é difícil em uma parede
celular “completa”, onde as cadeias de polímeros de mureína já
apresentam o comprimento desejado e onde já existem o tipo e
o grau desejados de ligação cruzada dos polímeros. Além disso,
para que uma bactéria possa dividir-se em duas células-filhas,
é necessário que a sua parede celular sofra ruptura em algum
ponto. As bactérias realizam esses processos através do uso de
autolisinas. Essas enzimas (p. ex., NAM-L-alanina amidase)
escavam pequenos orifícios na parede celular, que permitem a
Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular
Transpeptidação normal
Duas
cadeias de
peptidoglicano
G
G
Enzima
O
N
H
S
O
N
O
G
H2N
OH
H
N
R
G
O
H
N
K
567
Ação da penicilina
NAG-NAM
A
DE
|
COOH
N
H
O
Enzima
Gly
D-Ala-D-Ala
G
NAG-NAM
R
G
A
E
O
D
Intermediário
enzima–
peptidoglicano
K
H2N
Enzima
N
H
N
H
O
+
H2N
D-Ala
Gly
O
G
O
G
O
Enzima
NH
S
HN
COOH
OH
Complexo
enzima–penicilina
“de extremidade morta”
deslocada
G
NAG-NAM
G
Cadeias de
peptidoglicano
com ligação
cruzada
A
DE
G
O
H
N
K
N
H
G
+
Enzima
N
H
O
D-Ala-Gly
Fig. 33.3 Ação da transpeptidase e sua inibição pela penicilina. O lado esquerdo da figura mostra o mecanismo pelo qual as transpeptidases catalisam
a transpeptidação, uma reação que ocorre nas bactérias, mas não nas células dos mamíferos. Um grupo nucleofílico sobre a transpeptidase (Enzima) ataca a
ligação peptídica entre os dois resíduos de D-Ala na extremidade terminal de um pentapeptídio em uma cadeia de peptidoglicano (painel superior). O resíduo
terminal de D-alanina é deslocado da cadeia de peptidoglicano e forma-se um intermediário enzima-D-alanina-peptidoglicano. A seguir, esse intermediário é
atacado pela extremidade amino de um pentapeptídio de poliglicina ligado, através de sua extremidade carboxiterminal, à L-lisina ou ácido diaminopimélico
numa cadeia adjacente de peptidoglicano (ver Fig. 33.2) (painel do meio). Quando a enzima é liberada do intermediário, forma-se uma nova ligação peptídica
(ligação cruzada) entre o resíduo de glicina terminal em uma cadeia de peptidoglicano e o resíduo de D-alanina ativado pela enzima na cadeia de peptidoglicano
adjacente. A seguir, a enzima livre pode catalisar outra reação de transpeptidação (painel inferior). O lado direito da figura mostra o mecanismo pelo qual a
penicilina interfere na transpeptidação, levando à formação de um “complexo de extremidade morta” peniciloil–enzima. Nessa forma, a enzima é incapaz de
catalisar outras reações de transpeptidação (ligação cruzada).
remodelagem e a expansão da parede celular. Evidentemente, a
síntese de nova mureína e a destruição mediada pelas autolisinas
devem estar cuidadosamente equilibradas para que a bactéria
sobreviva. Com efeito, os estudos realizados demonstraram que
o bloqueio unilateral da síntese de mureína resulta em autólise
mediada por autolisinas e morte celular. Os eventos moleculares que dão início ao processo de autólise ainda não estão bem
elucidados. Uma teoria formulada sustenta que a exposição das
bactérias a antibióticos que inibem a síntese da parede celular
leva ao extravasamento e à perda de um inibidor endógeno das
autolisinas, talvez o ácido lipoteicóico nas bactérias Grampositivas, e que essa perda, por sua vez, resulta na ativação de
autolisinas e lise eventual da célula. Acredita-se que o efeito
bactericida de muitos antibióticos discutidos neste capítulo
resulta de uma ruptura, mediada pelo fármaco, do equilíbrio
entre a síntese e a degradação da parede celular.
CLASSES E AGENTES FARMACOLÓGICOS
A farmacologia das classes de fármacos que inibem a síntese
da parede celular das bactérias é discutida na mesma seqüência
da fisiologia da síntese da parede celular (Fig. 33.2). Embora
se tenham identificado fármacos que inibem diversas etapas
na bioquímica da síntese da parede celular, a etapa de ligação
cruzada dos polímeros (transpeptidação) constitui, sem dúvida
alguma, o alvo bioquímico clinicamente mais importante. Por
568
|
Capítulo Trinta e Três
O
O
N
SCoA
NH 2
Acetil CoA
N
Pirazinamida
FAS1
O
O
N
H
NH2
R
N
OH
Ácidos graxos
Isoniazida
FAS2
Ácidos micólicos
Fosfolipídios
Fig. 33.4 Síntese de ácido micólico e ação dos agentes antimicobacterianos.
Os ácidos micólicos são produzidos pela ligação cruzada de cadeias de ácidos
graxos derivadas da acetil coenzima A (Acetil Coa). Cada uma das setas nesta
representação simplificada indica múltiplas etapas de síntese; o enfoque é
sobre as ácido graxo sintetases (FAS1 e FAS2) em virtude de sua importância
como alvos de fármacos. Especificamente, a FAS1 é inibida pela pirazinamida,
enquanto a FAS2 é inibida pela isoniazida.
esse motivo, a maior parte da discussão trata do conjunto de
agentes que inibem a ligação cruzada dos polímeros de peptidoglicano.
INIBIDORES DA SÍNTESE DE MONÔMEROS
DE MUREÍNA
Fosfomicina e Fosmidomicina
Dois agentes inibem a produção de monômeros de mureína
através da inibição da síntese de UDP–NAM da UDP–NAG.
A fosfomicina é um análogo do fosfoenol piruvato (PEP), que
inibe a enol piruvato transferase (também conhecida como
MurA) bacteriana através de modificação covalente do sítio
ativo da enzima. Como o PEP é um intermediário no processo
de glicólise (dos mamíferos), é surpreendente que esse agente
não interfira no metabolismo dos carboidratos das células
humanas; essa seletividade de ação antibacteriana é provavelmente produzida por diferenças estruturais entre as enzimas
dos mamíferos e das bactérias que atuam sobre o PEP. Por
conseguinte, a fosfomicina não tem nenhum efeito apreciável
sobre a enolase, a piruvato cinase ou a carboxicinase dos seres
humanos, e o fármaco é relativamente atóxico. Foi constatado
que a fosfomicina possui sinergismo antibacteriano in vitro com
os ␤-lactâmicos, os aminoglicosídios e as fluoroquinolonas.
A fosfomicina penetra na célula através de transportadores
de glicerofosfato ou de glicose-6-fosfato que normalmente são
utilizados pelas bactérias para a captação desses nutrientes do
meio ambiente. A fosfomicina mostra-se especialmente efetiva
contra bactérias Gram-negativas que infectam o trato urinário,
incluindo E. coli e espécies de Klebsiella e Serratia, visto que
o fármaco é excretado de modo inalterado na urina. Foi constatado ser uma dose oral única de 3 g tão efetiva quanto múltiplas
doses de outros agentes no tratamento de infecções do trato
urinário. Via de regra, a fosfomicina é menos efetiva contra
bactérias Gram-positivas, visto que essas bactérias geralmente
carecem de transportadores seletivos de glicerofosfato e de glicose-6-fosfato. Embora a resistência seja tipicamente produzida
por mutações nesses transportadores, foi encontrada uma cepa
de E. coli, sensível à temperatura, em que uma mutação na enol
piruvato transferase resulta em afinidade diminuída da enzima
pelo PEP e, portanto, pela fosfomicina. Os efeitos adversos
da fosfomicina são incomuns; cerca de 1 a 10% dos pacientes
desenvolvem cefaléia, diarréia ou náusea. As interações medicamentosas significativas também são raras; o fármaco pode
precipitar quando co-ingerido com antiácidos ou com sais de
cálcio, e a sua absorção pode ser diminuída pela sua co-administração com agentes procinéticos como a metoclopramida.
A fosmidomicina, outro análogo do PEP, atua através do
mesmo mecanismo da fosfomicina, e o desenvolvimento de
resistência deve-se, tipicamente, a mutações nos transportadores de glicerofosfato ou de glicose-6-fosfato. Entretanto,
existem também exceções: pelo menos uma cepa de E. coli
resistente parece conter uma proteína que bombeia ativamente
a fosmidomicina para fora da célula. A fosmidomicina também
possui atividade contra malária, porém o fármaco apresenta um
mecanismo de ação diferente contra o parasita e, no momento
atual, não é utilizado clinicamente contra esse microrganismo.
Ciclosserina
A ciclosserina, um análogo estrutural da D-Ala, é um agente de
segunda linha utilizado no tratamento da infecção por M. tuberculosis resistente a múltiplos fármacos (Fig. 33.5). A ciclosserina inibe tanto a alanina racemase, que converte a L-Ala a
D-Ala, quanto a D-Ala-D-Ala sintetase, que une duas moléculas
de D-Ala (Fig. 33.2). A ciclosserina é um inibidor irreversível
dessas enzimas e, com efeito, liga-se mais firmemente a essas
enzimas do que o seu substrato natural, a D-Ala. A resistência
à ciclosserina ocorre através de múltiplos mecanismos, alguns
dos quais ainda são desconhecidos; os mecanismos conhecidos
OH
OH
H2N
N
H2N
O
O
D-Ciclosserina
D-Alanina
Fig. 33.5 Estrutura da ciclosserina. A ciclosserina é um análogo estrutural
da D-alanina, que inibe a interconversão racêmica da L-alanina em D-alanina
pela alanina racemase. A ciclosserina também inibe a atividade da D-Ala-D-Ala
sintetase, a enzima que catalisa a formação de dipeptídio D-Ala-D-Ala, que é
subseqüentemente utilizado na síntese de monômeros de mureína (ver Fig.
33.2).
Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular
incluem a hiperexpressão da alanina racemase e a ocorrência
de mutações no sistema de captação de alanina. A exemplo de
muitas moléculas pequenas, incluindo a fosfomicina, a ciclosserina é excretada na urina. Os efeitos adversos consistem
em convulsões, síndromes neurológicas, incluindo neuropatia
periférica, e psicose. Deve-se evitar o uso desse fármaco em
pacientes com doença neuropsiquiátrica subjacente, alcoolismo
e doença renal crônica. O álcool, a isoniazida e a etionamida
potencializam a toxicidade da ciclosserina; a piridoxina pode
atenuar a neuropatia periférica induzida pela ciclosserina. A
ciclosserina inibe o metabolismo hepático da fenitoína.
Bacitracina
A bacitracina, assim designada pelo fato de ter sido identificada pela primeira vez em uma espécie de Bacillus, é um antibiótico peptídico que interfere na desfosforilação do pirofosfato
do bactoprenol, tornando esse carreador lipídico inútil para
ciclos adicionais de translocação de monômeros de mureína
(Fig. 33.2). Por conseguinte, a bacitracina é notável entre os
agentes dirigidos contra a parede celular, visto que o seu alvo
é um lipídio, e não uma proteína ou um peptídio. A bacitracina
inibe a desfosforilação através da formação de um complexo
com o pirofosfato de bactoprenol, envolvendo os anéis imidazol
e tiazolina da bacitracina. Essa interação exige um íon de metal
divalente, habitualmente Zn2+ ou Mg2+; por conseguinte, os fármacos que atuam como quelantes de metais podem interferir
na atividade da bacitracina. Em virtude de sua toxicidade renal,
neurológica e da medula óssea significativa, a bacitracina não
é utilizada sistemicamente. Com mais freqüência, é utilizada
na forma tópica para infecções dérmicas superficiais ou oftalmológicas. Como a bacitracina não é absorvida por via oral,
permanece na luz intestinal e, em certas ocasiões, é administrada por via oral no tratamento da colite por Clostridium difficile
ou para erradicação de enterococos resistentes à vancomicina
(ERV) no trato gastrintestinal. Não deve ser co-administrada
com outras medicações nefrotóxicas ou agentes bloqueadores
neuromusculares, visto que estes últimos podem resultar em
bloqueio neuromuscular sinérgico.
INIBIDORES DA SÍNTESE DE POLÍMEROS
DE MUREÍNA
Vancomicina e Teicoplanina
A vancomicina e a teicoplanina são glicopeptídios com
atividade bactericida contra bacilos e cocos Gram-positivos.
Os bacilos Gram-negativos mostram-se resistentes à ação desses fármacos. Esses agentes interrompem a síntese da parede
celular através de sua ligação firme à extremidade terminal
D-Ala-D-Ala da unidade de monômeros de mureína, inibindo a
transglicosidase e bloqueando, portanto, a adição de unidades
de mureína à cadeia de polímero em crescimento. A vancomicina por via intravenosa é mais comumente utilizada no tratamento da sepse ou da endocardite causada por Staphylococcus
aureus resistente à meticilina (SARM) (ver discussão adiante).
A vancomicina oral é utilizada no tratamento das infecções
gastrintestinais por C. difficile; à semelhança da bacitracina (ver
anteriormente), o fármaco é pouco absorvido e, portanto, permanece no trato gastrintestinal. A teicoplanina não é utilizada
clinicamente nos Estados Unidos.
Via de regra, a vancomicina, em virtude de sua toxicidade,
só é utilizada quando uma infecção demonstra ser resistente
a outros fármacos. Seus efeitos adversos consistem em rubor
|
569
cutâneo ou exantema — a denominada síndrome do homem
vermelho — que podem ser evitados ao diminuir a velocidade
de infusão intravenosa ou através de administração prévia de
anti-histamínicos. A vancomicina também tem sido associada
a nefrotoxicidade e ototoxidade, particularmente quando são
co-administrados outros medicamentos nefrotóxicos ou ototóxicos como a gentamicina. Nos pacientes com disfunção renal
subjacente, pode ser necessário reduzir a dose, bem como determinar os níveis do fármaco para evitar uma maior nefrotoxicidade. Podem ocorrer também febre medicamentosa, exantema
por hipersensibilidade e neutropenia induzida por fármaco. A
resistência à vancomicina surge mais comumente através da
aquisição de DNA que codifica enzimas que catalisam a formação de D-Ala-D-lactato em lugar de D-Ala-D-Ala. A exemplo
da D-Ala-D-Ala, o D-Ala-D-lactato é incorporado na unidade de
monômero de mureína e participa prontamente na reação de
transpeptidase, porém o dipeptídio D-Ala-D-lactato não se liga
à vancomicina. Duas enzimas medeiam a síntese de D-Ala-Dlactato: a VanH, uma desidrogenase que gera D-lactato a partir
do piruvato, e VanA, uma ligase que liga a D-Ala ao D-lactato.
A VanH e a VanA são codificadas em um elemento transponível, que pode ser encontrado no cromossomo bacteriano ou
em um plasmídio extracromossômico. Esse elemento também
codifica enzimas que degradam a D-Ala-D-Ala, removendo,
assim, quaisquer alvos residuais da vancomicina. Na prática
clínica, as bactérias resistentes à vancomicina (como os ERV)
são freqüentemente resistentes à maioria dos outros agentes
antibacterianos; por conseguinte, a disseminação da resistência
à vancomicina mediada por plasmídios constitui um sério problema clínico. Foram relatados alguns casos de S. aureus resistente à vancomicina (SARV), devido à aquisição de genes de
resistência enterocócicos. Foi também descrito o S. aureus de
resistência intermediária à vancomicina (SAIV); esses microrganismos apresentam uma camada de mureína mais espessa,
em que quantidades aumentadas de D-Ala-D-Ala livre atuam
como alvo chamariz para a vancomicina.
INIBIDORES DA LIGAÇÃO CRUZADA
DE POLÍMEROS
Antibióticos Beta-Lactâmicos: Considerações Gerais
Com mais de 30 fármacos diferentes de uso atual, incluindo a
penicilina original empregada na tentativa de tratar o soldado
H, os ␤-lactâmicos constituem a classe maior e mais amplamente prescrita de antibióticos que inibem a síntese da parede
celular das bactérias. Os diferentes agentes pertencentes a essa
classe variam na sua estrutura química (Fig. 33.6) e, portanto,
no espectro de ação; entretanto, todos os ␤-lactâmicos compartilham o mesmo mecanismo antibiótico de ação: a inibição da
ligação cruzada dos polímeros de mureína.
Quimicamente, o elemento-chave desse mecanismo de ação
consiste na presença de um anel ␤-lactâmico de quatro membros (Fig. 33.6). Esse anel faz com que todo ␤-lactâmico seja
um análogo estrutural do dipeptídio D-Ala-D-Ala do peptídio
de Park e, portanto, um substrato para uma ou mais transpeptidases bacterianas. A exemplo do peptídio de Park, o ␤-lactâmico é capaz de ligar-se de modo covalente à transpeptidase,
formando, assim, um intermediário acil enzima. Todavia, ao
contrário do peptídio de Park na reação do substrato normal,
o anel ␤-lactâmico torna a extremidade carboxi-terminal do
␤-lactâmico incapaz de ser clivada do restante da molécula.
Em conseqüência, a extremidade aminoterminal do peptídio
adjacente não pode atacar o intermediário acil enzima, e a trans-
570
|
Capítulo Trinta e Três
A
B
H
N
R
S
O
H
N
R
N
S
O
O
N
O
COOH
COOH
Penicilinas
H
N
R1
As β-lactamases
clivam essa ligação
S
O
OH
O
N
O
R2
COOH
N
O
COOH
Cefalosporinas
Ácido clavulânico
H
N
R
O
N
O
O
SO3H
S
Monobactâmicos
O
N
OH
O
COOH
SR
Sulbactam
N
O
COOH
Carbapenemos
Fig. 33.6 Características estruturais dos antibióticos ␤-lactâmicos e dos
inibidores da ␤-lactamase. A. Os membros da família dos ␤-lactâmicos
(penicilinas, cefalosporinas, monobactâmicos e carbapenemos) diferem uns
dos outros na sua estrutura de arcabouço; cada um dos fármacos dessas
subclasses também difere nos seus grupos R. Observe que o anel ␤-lactâmico
de quatro membros é comum a todas as quatro famílias (boxes em azul);
este anel é que confere aos agentes a sua capacidade de bloquear a reação
de transpeptidação (bem como o seu nome). B. As bactérias que expressam
␤-lactamases são capazes de clivar a ligação ␤-lactâmica (linha em azul),
que é necessária para a ação do antibiótico. Os inibidores da ␤-lactamase, o
ácido clavulânico e o sulbactam atuam como chamariz através de sua ligação
às enzimas ␤-lactamases (e, portanto, inibindo-as). Observe a semelhança
estrutural entre os inibidores da ␤-lactamase e os antibióticos ␤-lactâmicos.
peptidase atinge um complexo de “extremidade morta” (Fig.
33.3). (Esse tipo de inibição enzimática irreversível é algumas vezes denominado inibição de substrato suicida.) Desde
que as células estejam crescendo, a inibição da transpeptidase
resulta em autólise mediada por autolisinas e morte celular. Por
conseguinte, os ␤-lactâmicos são, via de regra, bactericidas
para as bactérias em divisão ativa.
As subclasses de agentes ␤-lactâmicos são divididas em
quatro famílias — as penicilinas, as cefalosporinas (que são
subdivididas em quatro “gerações”), os monobactâmicos e os
carbapenemos. Cada uma dessas subclasses difere estruturalmente nos substituintes químicos que estão fixados ao anel
␤-lactâmico (ver Fig. 33.6). Em geral, essas famílias resultaram
dos esforços farmacológicos envidados nos laboratórios para
melhorar o espectro de ação antibiótico da penicilina e permanecer à frente da disseminação da resistência a antibióticos,
como foi observado no caso do soldado H. (É importante lembrar que o espectro de ação refere-se ao número e à variedade
de espécies de bactérias contra as quais determinado antibiótico
possui atividade bactericida ou bacteriostática. Por conseguinte, os ␤-lactâmicos de amplo espectro são tipicamente ativos
contra bactérias Gram-negativas e também contra bactérias
Gram-positivas, enquanto os ␤-lactâmicos de espectro estreito
são tipicamente efetivos apenas contra microrganismos Grampositivos.)
Como as transpeptidases bacterianas estão localizadas no
espaço periplasmático entre a membrana citoplasmática e a
parede celular, os ␤-lactâmicos precisam atravessar a parede
celular e, no caso das bactérias Gram-negativas, a membrana
externa para exercer seus efeitos. Por conseguinte, o espectro de
ação de um agente ␤-lactâmico é determinado por dois fatores:
o grau com que ele pode penetrar na membrana externa e na
parede celular e, uma vez no espaço periplasmático, a sua capacidade de ligação às transpeptidases específicas. Os agentes
tanto hidrofílicos quanto (em menor grau) hidrofóbicos difundem-se através da camada espessa de mureína das bactérias
Gram-positivas, porém os agentes hidrofílicos passam através
dos poros da membrana externa das bactérias Gram-negativas
com muito mais facilidade que os agentes hidrofóbicos. Em
conseqüência, os agentes hidrofílicos, como a ampicilina, a
amoxicilina e, especialmente, a piperacilina, a ticarcilina, a
carbenicilina e a mezlocilina, tendem a apresentar um amplo
espectro de ação, enquanto os agentes hidrofóbicos, como a
oxacilina, a cloxacilina, a dicloxacilina, a nafcilina, a meticilina e a penicilina G — estreitamente relacionada com o agente
disponível aos soldados durante a Guerra da Coréia — tendem
a exibir um espectro de ação estreito (ver discussão adiante
para maiores detalhes). Isso significa que algumas bactérias
Gram-negativas são inerentemente resistentes aos ␤-lactâmicos de espectro estreito, simplesmente em virtude da barreira
de permeabilidade representada pela sua membrana externa.
(De forma semelhante, as bactérias intracelulares, isto é, as
bactérias que residem no interior das células humanas, como
Chlamydia, também são, em geral, inerentemente resistentes
aos ␤-lactâmicos, visto que as células dos mamíferos tendem
a carecer de mecanismos de captação dos ␤-lactâmicos, e visto
que essas bactérias tendem a apresentar uma arquitetura singular de sua parede celular ou a carecer de parede celular.)
O segundo fator que determina o espectro de ação de um
␤-lactâmico é a extensão com que o fármaco, após alcançar o
espaço periplasmático, inibe determinada transpeptidase. Esse
fator é determinado, em grande parte, pela afinidade do ␤-lactâmico pela transpeptidase. Conforme assinalado anteriormente,
as bactérias possuem, tipicamente, diversas transpeptidases,
que diferem de modo sutil na sua especificidade de substrato
e atividade de ligação cruzada; essas diferenças tornam-se particularmente proeminentes entre os bacilos e os cocos. A maioria
dos ␤-lactâmicos exibe seletividade para várias transpeptidases
diferentes; outros, como o análogo da penicilina, a meticilina,
que é utilizada contra o S. aureus, são específicos apenas para
uma única enzima.
A resistência a antibióticos pode ser codificada por genes
cromossômicos (intrínsecos) ou adquiridos (extrínsecos). No
caso dos ␤-lactâmicos, a resistência cromossômica nas bactérias Gram-positivas é mais comumente conferida por uma
mutação codificada cromossomicamente em um gene codificador de transpeptidase, que anula a capacidade da enzima de
ligar-se a determinado ␤-lactâmico, ou pela aquisição de um
gene que codifica uma transpeptidase com baixa afinidade pelo
␤-lactâmico. Esse mecanismo é a causa da resistência à meticilina no S. aureus e o mecanismo pelo qual os pneumococos
adquirem resistência à penicilina. A resistência aos ␤-lactâmicos por transpeptidases alteradas constitui a exceção e não a
Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular
regra, visto que os ␤-lactâmicos são, em sua maioria, ativos
contra múltiplas transpeptidases, as quais deveriam ser todas
alteradas para abolir a eficiência desses fármacos.
A maior parte da resistência aos ␤-lactâmicos é conferida por
proteínas denominadas ␤-lactamases, que são codificadas no
cromossomo ou em plasmídios de DNA extracromossômicos.
A aquisição de um plasmídio desse tipo constitui provavelmente o mecanismo pelo qual surgiu a resistência no C. perfringens
que infectou o soldado H. Como o próprio nome sugere, as
␤-lactamases são enzimas que inativam os ␤-lactâmicos através
da clivagem (hidrolítica) do anel ␤-lactâmico. Foram identificadas mais de 100 ␤-lactamases diferentes, exibindo, cada uma
delas, atividade contra determinado ␤-lactâmico ou conjunto
de ␤-lactâmicos. As ␤-lactamases são secretadas em bactérias
Gram-positivas, ao passo que, nas bactérias Gram-negativas,
essas enzimas são retidas no espaço periplasmático entre a parede celular e a membrana externa. As bactérias Gram-negativas
produzem uma quantidade muito menor de ␤-lactamase do
que as bactérias Gram-positivas. Entretanto, como as bactérias
Gram-negativas concentram a ␤-lactamase no local onde ela é
necessária, a enzima é mais efetiva para conferir resistência.
Esse efeito de concentração, juntamente com a forte barreira de
permeabilidade contra as penicilinas proporcionada pela membrana externa da bactéria, torna as bactérias Gram-negativas
refratárias, em grande parte, à terapia com penicilina.
A codificação de numerosas ␤-lactamases em plasmídios
possui importância clínica especial. Como os plasmídios são
facilmente transferidos por conjugação de uma bactéria para
outra, a resistência conferida pelo plasmídio pode disseminarse rapidamente através de uma população de bactérias. Além
disso, os plasmídios podem “pular cepas”, disseminando a
resistência de uma cepa para outra. Certos microrganismos,
como Klebsiella pneumoniae e E. coli, também podem produzir
␤-lactamases de espectro ampliado (ESBL), que os tornam
resistentes à maioria dos antibióticos ␤-lactâmicos, incluindo
as penicilinas e cefalosporinas e o monobactâmico aztreonam.
Outras bactérias, como espécies de Enterobacter, podem hiperexpressar uma ␤-lactamase codificada por cromossomo, que
produz uma resistência igualmente ampla aos ␤-lactâmicos.
Houve dois tipos de respostas dos farmacologistas às ␤-lactamases. Em primeiro lugar, conforme assinalado anteriormente, foram desenvolvidas novas famílias de ␤-lactâmicos cujas
estruturas os tornaram menos suscetíveis à clivagem pelas
␤-lactamases existentes. A segunda resposta foi a co-administração de ␤-lactâmicos com inibidores da ␤-lactamase, que
são moléculas semelhantes aos ␤-lactâmicos e que se ligam
às ␤-lactamases, impedindo-as, portanto, de destruir os antibióticos ␤-lactâmicos com os quais são co-administrados
os inibidores da lactamase. Três exemplos de inibidores da
␤-lactamase são o ácido clavulânico (clavulanato), o sulbactam e o tazobactam (Fig. 33.6).
Os ␤-lactâmicos atuam de modo sinérgico com os aminoglicosídios, os inibidores bactericidas da síntese de proteínas
discutidos no Cap. 32. (Para mais detalhes sobre o sinergismo,
ver Cap. 39.) Os aminoglicosídios inibem a síntese de proteína
através de sua ligação à subunidade ribossomal 30S no citoplasma da célula. Para ter acesso ao citoplasma, os aminoglicosídios devem sofrer difusão passiva através da parede celular
antes de serem transportados ativamente através da membrana
citoplasmática. Acredita-se que as paredes celulares de algumas bactérias, como os enterococos, sejam pouco permeáveis
aos aminoglicosídios quando esses fármacos são administrados
de modo isolado. Como os ␤-lactâmicos atuam aumentando a
permeabilidade da parede celular, a co-administração de um
571
|
␤-lactâmico facilita a captação de um aminoglicosídio e, portanto, potencializa o seu efeito.
Uma questão interessante é saber se os aminoglicosídios
retribuem esse efeito ao potencializar a atividade dos ␤-lactâmicos ou se, ao contrário, antagonizam os ␤-lactâmicos através
da inibição da síntese de autolisinas. Com base em pesquisas
com Bacillus subtilis, parece que as paredes celulares das bactérias contêm uma quantidade letal de autolisinas durante todo
o crescimento celular e que as células restringem ativamente
a atividade autolítica ao controlar o estado de ativação dessas
proteínas. Esse achado sugere que a autólise não necessita da
síntese de novo de autolisinas; por conseguinte, os aminoglicosídios não deveriam antagonizar os ␤-lactâmicos. De qualquer
modo, o aspecto importante é o fato de que, clinicamente, os
b-lactâmicos e os aminoglicosídios são sinérgicos.
Os efeitos adversos mais comuns da terapia com ␤-lactâmicos consistem em reações de hipersensibilidade. Por serem
moléculas pequenas, não é de esperar que os ␤-lactâmicos possam, por si sós, estimular as respostas imunes, e, com efeito,
esses fármacos não as estimulam. Entretanto, os anéis ␤-lactâmicos podem reagir com grupos amino nas proteínas, criando
um complexo hapteno-carreador (Fig. 33.7). A seguir, o conjugado ␤-lactâmico–proteína pode desencadear uma resposta de
hipersensibilidade. A mais temida dessas reações é a anafilaxia,
que tipicamente ocorre dentro de 1 hora após a administração
do fármaco, resultando em broncoespasmo, angioedema e/ou
colapso cardiovascular. Além disso, podem ocorrer urticária,
erupção medicamentosa morbiliforme, doença do soro e febre
medicamentosa. As proteínas sobre a superfície dos eritrócitos
R
H
N
R
S
O
O
N
NH
O
O
S
COOH
NH
Proteína
HN
Proteína
NH2
COOH
Anticorpo
N
Antibiótico
β-lactâmico
NH2
Proteína humana modificada
(antigênica)
Proteína humana
(não-antigênica)
Fig. 33.7 Toxicidade dos beta-lactâmicos. Painel superior: os beta-lactâmicos
podem modificar os grupos amino nas proteínas humanas, criando um hapteno
␤-lactâmico imunogênico. Painel inferior: na ausência de modificação, as
proteínas humanas são, em geral, não-antigênicas. A modificação de proteínas
endógenas pela adição de um antibiótico ␤-lactâmico resulta na formação de
um novo determinante antigênico, que pode ser reconhecido como “nãopróprio” pelos anticorpos do sistema imune do hospedeiro.
572
|
Capítulo Trinta e Três
também podem ser modificadas pela penicilina, resultando em
anemia hemolítica auto-imune induzida por fármacos. Raramente, os antibióticos ␤-lactâmicos provocam lúpus induzido
por fármaco. Na maioria dos indivíduos, esse processo depende acentuadamente da dose: a probabilidade de uma reação
de hipersensibilidade aumenta com cada administração de um
␤-lactâmico. Os ␤-lactâmicos de determinada classe freqüentemente exibem reação cruzada entre si; todavia, os ␤-lactâmicos
de uma classe exibem menos freqüentemente reação cruzada
com ␤-lactâmicos de outra classe. Os pacientes com alergia à
penicilina não devem receber ampicilina nem carbapenemos,
devido ao elevado risco de reatividade cruzada. Os pacientes
com alergia à penicilina que não seja anafilaxia podem receber uma cefalosporina. O aztreonam (um monobactâmico) é
singular, visto que não apresenta nenhuma reatividade cruzada
com as penicilinas ou carbapenemos; entretanto, a reatividade
cruzada entre o aztreonam e a ceftazidima (uma cefalosporina), devido a uma cadeia lateral compartilhada, já está bem
estabelecida.
Antibióticos Beta-Lactâmicos: Agentes Específicos
Penicilinas
Conforme assinado anteriormente, existem quatro subclasses
estruturalmente distintas de antibióticos ␤-lactâmicos (ver Fig.
33.6A). A primeira dessas subclasses, as penicilinas, pode ser
ainda subdividida em cinco grupos, com base nos seus espectros de ação.
O primeiro grupo de penicilinas inclui a penicilina G, que é
administrada por via intravenosa, e a penicilina V, o seu correspondente oral. A penicilina G é de uso mais disseminado do
que a penicilina V; esta última é administrada principalmente no
tratamento de infecções aeróbicas-anaeróbicas mistas da cabeça
e pescoço, como abscessos dentários. Além disso, a penicilina
V é utilizada na prevenção da febre reumática recidivante em
pacientes com episódio anterior e da celulite estreptocócica
recorrente em pacientes com linfedema. A penicilina G é utilizada no tratamento de infecções graves por bactérias Grampositivas, como pneumococo e S. pyogenes (algumas cepas de
cada um deles), diplococos Gram-negativos, como espécies de
Neisseria (exceto N. gonorrhoeae produtora de penicilinase),
bacilos Gram-positivos do gênero Clostridium, a maioria dos
anaeróbios (à exceção de Bacteroides) e espiroquetas, como
sífilis e Leptospira. A penicilina G em alta dose pode provocar
convulsões, além das reações de hipersensibilidade e exantema já mencionadas. Todas as penicilinas podem causar nefrite
intersticial aguda. As interações medicamentosas são raras,
porém os efeitos anticoagulantes da varfarina podem ser potencializados pela administração concomitante de penicilina.
O segundo grupo é constituído pelas penicilinas antiestafilocócicas, incluindo oxacilina, cloxacilina, dicloxacilina,
nafcilina e meticilina. Esses fármacos são estruturalmente
resistentes à ␤-lactamase estafilocócica, que é codificada por
genes de plasmídios na maioria dos microrganismos isolados
na clínica. Todavia, em virtude de sua relativa hidrofobicidade,
as penicilinas antiestafilocócicas carecem de atividade contra
as bactérias Gram-negativas. (Convém lembrar também que
a meticilina liga-se apenas a uma única transpeptidase.) Por
conseguinte, esses agentes são utilizados, em sua maior parte,
no tratamento de infecções da pele e dos tecidos moles ou
infecções documentadas por S. aureus sensível à meticilina.
O uso das penicilinas antiestafilocócicas orais (cloxacilina e
dicloxacilina) é limitado em virtude de seus efeitos adversos
gastrintestinais (náusea, vômitos e diarréia associada a antibióticos), bem como devido ao desenvolvimento secundário
de colite por C. difficile. Os efeitos adversos da nafcilina IV
incluem flebite no local de injeção; ocorrem agranulocitose e
nefrite intersticial aguda numa maior taxa, em comparação com
outras penicilinas. O uso da oxacilina é limitado pela sua hepatotoxicidade, que é reversível com a interrupção do fármaco.
A utilidade das penicilinas antiestafilocócicas no tratamento
do S. aureus tem sido reduzida pelo aparecimento de cepas de
SARM. Quando se detecta um caso de SARM no hospital, são
tomadas precauções especiais para impedir a sua disseminação
para outros pacientes. Os pacientes com infecção por SARM
são tipicamente tratados com vancomicina.
A ampicilina e a amoxicilina são membros do terceiro grupo de penicilinas, as aminopenicilinas, que possuem um grupo
amino de carga positiva na cadeia lateral. Essa carga positiva
aumenta a difusão através dos canais de porina mas não confere
resistência às ␤-lactamases. Esses agentes mostram-se efetivos
contra uma variedade de cocos Gram-positivos; cocos Gramnegativos, como Neisseria gonorrhoeae e N. meningitidis, e
bacilos Gram-negativos, como E. coli e H. influenzae, porém
o seu espectro é limitado pela sua sensibilidade à maioria das
␤-lactamases. A ampicilina IV é utilizada mais comumente no
tratamento de infecções enterocócicas invasivas e da meningite por Listeria; a amoxicilina oral é prescrita no tratamento
de infecções otorrinolaringológicas não-complicadas, na prevenção da endocardite em pacientes de alto risco submetidos
a procedimentos dentários e como componente da terapia de
combinação para a infecção causada por Helicobacter pylori. O
efeito adverso mais comum consiste em exantema não-urticariforme. O espectro de ambos os agentes é ampliado quando são
co-administrados com inibidores da ␤-lactamase, como ácido
clavulânico (como amoxicilina) ou sulbactam (como ampicilina) para tratamento de infecções por microrganismos produtores de ␤-lactamase, como S. aureus, Haemophilus influenzae,
E. coli, Klebsiella, Acinetobacter, Enterobacter e anaeróbios.
Os agentes incluídos no quarto grupo das penicilinas, as
carboxipenicilinas, também possuem amplo espectro de ação.
O grupo carboxila da cadeia lateral fornece uma carga negativa que confere resistência a algumas ␤-lactamases; todavia,
é menos efetivo do que um grupo amino de carga positiva no
processo de facilitar a difusão através dos canais de porina.
Para superar essa limitação na difusão, são administradas altas
doses. A resistência às ␤-lactamases codificadas por cromossomos de Enterobacter e Pseudomonas faz com que esses microrganismos sejam incluídos no espectro das carboxipenicilinas.
Esse grupo é constituído de dois membros: a carbenicilina e
a ticarcilina.
Um quinto grupo, as ureidopenicilinas, é representado pela
piperacilina e mezlocilina. Esses fármacos possuem cargas
tanto positivas quanto negativas em suas cadeias laterais e,
em geral, são mais potentes do que as carboxipenicilinas. Seu
espectro de ação assemelha-se ao das carboxipenicilinas; além
disso, exibem atividade contra Klebsiella e contra enterococos.
Cefalosporinas
As cefalosporinas diferem estruturalmente das penicilinas pela
presença de um anel acessório de seis membros, e não de cinco
membros, fixado ao anel ␤-lactâmico (Fig. 33.6).
As cefalosporinas de primeira geração (cefazolina e cefalexina) mostram-se ativas contra espécies Gram-positivas bem
como contra os bacilos Gram-negativos Proteus mirabilis e
Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular
E. coli, que causam infecções do trato urinário, e Klebsiella
pneumoniae, que provoca pneumonia além de infecções do
trato urinário. Esses agentes mostram-se sensíveis a muitas
␤-lactamases, porém são resistentes à ␤-lactamase de K. pneumoniae codificada por cromossomo e à ␤-lactamase estafilocócica comum. Tanto a cefalexina quanto a cefazolina são
utilizadas no tratamento de infecções da pele dos tecidos moles;
a cefazolina também é utilizada para profilaxia cirúrgica.
As cefalosporinas de segunda geração podem ser divididas
em dois grupos. A cefuroxima, que representa o primeiro grupo,
possui atividade aumentada contra H. influenzae em comparação com as cefalosporinas de primeira geração; o cefotetan e a
cefoxitina, que representam o segundo grupo, exibem atividade
aumentada contra Bacteroides. Além disso, as cefalosporinas
de segunda geração mostram-se geralmente resistentes a maior
número de ␤-lactamases do que as cefalosporinas de primeira
geração. Por conseguinte, a cefuroxima é freqüentemente utilizada no tratamento da pneumonia adquirida na comunidade,
enquanto o cefotetan é prescrito no tratamento de infecções
intra-abdominais e pélvicas, incluindo a doença inflamatória
pélvica. Os efeitos adversos desses fármacos incluem diarréia,
ligeira elevação das enzimas hepáticas e reações de hipersensibilidade; raramente, podem ocorrer agranulocitose ou nefrite
intersticial.
As cefalosporinas de terceira geração (ceftriaxona e cefotaxima) são resistentes a muitas ␤-lactamases e, por conseguinte, mostram-se altamente ativas contra Enterobacteriaceae (E.
coli, Proteus indol-positivo, Klebsiella, Enterobacter, Serratia
e Citrobacter) e contra Neisseria e H. influenzae. As cefalosporinas de terceira geração são menos ativas contra microrganismos Gram-positivos do que os fármacos de primeira geração;
apesar disso, possuem boa atividade contra S. pneumoniae de
sensibilidade intermediária à penicilina (embora possa ocorrer
resistência às cefalosporinas). Os usos comuns incluem tratamento das infecções das vias respiratórias inferiores, meningite por S. pneumoniae adquirida na comunidade, infecção
gonocócica não-complicada, endocardite com cultura negativa
e doença de Lyme complicada. Além dos efeitos adversos já
mencionados, a ceftriaxona pode causar hepatite colestática.
A ceftazidima é a última cefalosporina de terceira geração
comumente utilizada; seu espectro de ação difere dos outros
dois agentes pela sua atividade antipseudomonas significativa
e atividade mínima contra microrganismos Gram-positivos. É
utilizada predominantemente no tratamento de infecções bacterianas Gram-negativas hospitalares e infecções documentadas
por P. aeruginosa, bem como na forma de terapia empírica
para pacientes neutropênicos com febre. Todavia, as bactérias
Gram-negativas que adquiriram atividade de ␤-lactamase de
espectro ampliado mostram-se resistentes às cefalosporinas de
terceira geração.
A cefepima é a única cefalosporina de quarta geração atualmente disponível. A exemplo da ceftriaxona, mostra-se altamente ativa contra Enterobacteriaceae, Neisseria, H. influenzae
e contra microrganismos Gram-positivos; além disso, é tão ativa
quanto a ceftazidima contra P. aeruginosa. A cefepima também
é mais resistente às ␤-lactamases de Enterobacter codificadas
por cromossomos do que as cefalosporinas de terceira geração. Entretanto, ao contrário da ceftazidima, a cefepima não
é aprovada para o tratamento da meningite. Um efeito adverso incomum consiste no desenvolvimento de auto-anticorpos
contra antígenos eritrocitários, tipicamente sem hemólise significativa.
Conforme assinalado anteriormente, as cefalosporinas geralmente podem ser utilizadas em pacientes com alergia não-poten-
|
573
cialmente fatal às penicilinas. Todavia, as cefalosporinas podem
causar reações de hipersensibilidade e, por conseguinte, devem
ser evitadas em pacientes com hipersensibilidade reconhecida
a esses fármacos. É interessante assinalar que o cefotetan e a
cefoperazona contêm uma cadeia lateral de N-metiltiotetrazol
(NMTT), que produz dois efeitos adversos singulares. O primeiro deles consiste numa síndrome de intolerância ao álcool,
conhecida como reação semelhante ao dissulfiram (o dissulfiram é um fármaco que inibe o metabolismo do álcool; ver
Cap. 17). O segundo envolve um efeito sobre o metabolismo
da vitamina K, resultando em síntese diminuída dos fatores
da coagulação dependentes da vitamina K. Por conseguinte,
o cefotetan e a cefoperazona devem ser utilizados com cautela em pacientes em uso de varfarina, bem como naqueles
com anormalidades subjacentes da coagulação (ver Cap. 22).
O cefotetan, a exemplo da maioria das cefalosporinas, também
pode provocar hemólise mediada por anticorpos.
Monobactâmicos e Carbapenemos
O único monobactâmico disponível, o aztreonam, mostra-se
ativo contra a maioria das bactérias Gram-negativas, incluindo
P. aeruginosa, porém carece de atividade contra os microrganismos Gram-positivos. Entretanto, as bactérias Gram-negativas
com ␤-lactamases de espectro ampliado são resistentes. O
aztreonam mostra-se particularmente útil para pacientes com
grave alergia à penicilina que apresentam afecções causadas por
microrganismos Gram-negativos resistentes; seu uso é limitado
devido à ocorrência de flebite no local de administração IV, e a
sua meia-vida curta exige doses a intervalos freqüentes.
Existem três carbapenemos utilizados na prática clínica: o
imipenem, o meropenem e o ertapenem. Todos os três possuem amplo espectro e proporcionam uma cobertura contra a
maioria dos microrganismos Gram-positivos, Gram-negativos
e anaeróbicos. Nenhum deles é ativo contra SARM, VER ou
Legionella. É importante observar que o ertapenem é muito
menos ativo contra P. aeruginosa e Acinetobacter do que os
outros dois agentes, e o seu benefício consiste na administração de uma dose única ao dia. Como o imipenem é inativado
pela enzima renal humana desidropeptidase I, esse fármaco é
sempre co-administrado como o inibidor da desidropeptidase, a
cilastatina. Nem o meropenem nem o ertapenem são inativados
pela enzima renal. Todos os três fármacos podem causar reações de hipersensibilidade e flebite no local de administração
IV. O imipenem e o meropenem em níveis plasmáticos elevados podem causar convulsões. O probenecid pode aumentar os
níveis de meropenem, e todos os três agentes podem diminuir
os níveis de valproato.
AGENTES ANTIMICOBACTERIANOS
Etambutol, Pirazinamida e Isoniazida
O etambutol, a pirazinamida e a isoniazida (INH) são três
dos cinco agentes de primeira linha utilizados no tratamento da
tuberculose (os outros dois são a rifampicina e a estreptomicina,
ambas discutidas no Cap. 32). Os pacientes com tuberculose
ativa e sem história de tratamento prévio começam com um
esquema de quatro fármacos se a prevalência local de resistência à isoniazida for superior a 4%. Se a resistência à isoniazida
for rara, pode-se utilizar um esquema de três fármacos sem
etambutol (ver Cap. 39).
O etambutol, um agente bacteriostático, diminui a síntese de
arabinogalactano através da inibição da arabinosil transferase,
574
|
Capítulo Trinta e Três
que adiciona unidades de arabinose à cadeia de arabinogalactano em crescimento. A pirazinamida e a INH inibem a síntese de
ácido micólico. A pirazinamida é um pró-fármaco, que precisa
ser convertido em sua forma ativa, o ácido pirazinóico, pela
enzima pirazinamidase. O ácido pirazinóico inibe a FAS1, a
enzima que sintetiza os ácidos graxos precursores do ácido
micólico. A isoniazida e o agente de segunda linha relacionado,
a etionamida, são dirigidos contra o complexo FAS2 e são bactericidas, embora o mecanismo exato de ação de destruição das
bactérias permaneça desconhecido. Os alvos dos dois agentes
antimicobacterianos estão resumidos na Fig. 33.4.
O tratamento da tuberculose ativa exige o uso de múltiplos
fármacos. Como a resistência aos agentes antimicobacterianos
ocorre habitualmente por mutação, um forte argumento a favor
dessa estratégia baseia-se na freqüência de mutações de resistência e no número de bactérias presentes numa infecção clínica. Cada lesão tuberculosa no pulmão infectado pode conter 108
bactérias. A freqüência de mutantes resistentes a qualquer fármaco antimicobacteriano administrado isoladamente é de cerca
de 1 em 106 bactérias. Essa freqüência significa que, em cada
lesão tuberculosa, cerca de 100 bactérias, em média, já estarão resistentes a um agente antimicobacteriano, mesmo antes
da administração do fármaco. A terapia de combinação com
apenas dois fármacos diminui a probabilidade de resistência
preexistente para apenas uma bactéria em 1012, e o tratamento
com quatro fármacos reduz essa probabilidade para 1 em 1024
(ver Cap. 39). Embora esses números ainda não estivessem
disponíveis quando o Dr. Pierce solicitou um suprimento de
isoniazida, ele sabia, com base numa análise qualitativa, que ele
poderia aumentar ao máximo a probabilidade de sobrevida de
seu paciente e de sua recuperação da tuberculose ao combinar
a estreptomicina com isoniazida, um agente antimicobacteriano
seletivo introduzido em 1952.
Os agentes antimicobacterianos podem produzir diversos
efeitos adversos. O etambutol está associado com neurite óptica; os pacientes aos quais se administra esse fármaco relatam a
ocorrência de comprometimento da acuidade visual, perda da
discriminação para cores, constrição dos campos visuais e/ou
escotomas centrais e periféricos. Em geral, os sintomas aparecem depois de mais de um mês de terapia e são reversíveis;
entretanto, foi relatada a ocorrência de cegueira irreversível
de início súbito. Por conseguinte, os pacientes em uso de
etambutol devem efetuar um exame oftalmológico mensalmente para avaliar tanto a acuidade visual quanto a discriminação para cores. A pirazinamida está associada a artralgias
e à hiperuricemia (habitualmente assintomática); entretanto,
o aspecto mais importante é que esse fármaco produz comumente hepatotoxicidade, que pode ser grave e irreversível.
Enquanto os pacientes que apresentam hepatotoxicidade leve
causada pela INH podem tomar novamente o fármaco, aqueles
que apresentam hepatotoxicidade induzida pela pirazinamida
não devem ser novamente expostos ao fármaco. A isoniazida
está associada à hepatite, bem como à neuropatia periférica.
A hepatotoxicidade induzida pela INH pode ser leve, manifestando-se apenas na forma de elevação mínima das enzimas
hepáticas que não exige a interrupção do fármaco (ocorrendo
em 10 a 20% dos pacientes), ou pode ser grave, levando ao
desenvolvimento de hepatite sintomática (que ocorre em 0,1%
dos pacientes, com risco aumentado em pacientes idosos que
apresentam doença hepática subjacente e que também fazem
uso da rifampicina). As manifestações neurológicas da toxicidade da INH consistem em parestesias, neuropatia periférica
e ataxia; essa toxicidade deve-se à inibição competitiva da
piridoxina pela INH na síntese de neurotransmissores e pode
ser evitada com a suplementação de piridoxina. A isoniazida também pode inibir ou induzir as enzimas do citocromo
P450 e, portanto, pode interagir com vários outros fármacos,
incluindo a rifampicina, os medicamentos anticonvulsivantes,
carbamazepina e fenitoína, os antifúngicos de tipo azólico e
o álcool.
A resistência a esses fármacos e aos agentes antimicobacterianos em geral resulta de mutações cromossômicas. Com mais
freqüência, a resistência ao etambutol resulta de mutações no
gene da arabinosil transferase, algumas das quais causam hiperexpressão da enzima alvo. Em geral, a resistência à isoniazida
resulta de uma mutação inativadora na enzima micobacteriana,
a catalase-peroxidase, que converte a isoniazida em sua forma
antimicobacteriana. As mutações no gene INHA, que é necessário para síntese de ácido micólico, também conferem resistência
à INH. A resistência à pirazinamida deve-se, em geral, a mutações no gene da pirazinamidase, resultando na incapacidade de
converter o pró-fármaco em sua forma ativa.
n Conclusão e Perspectivas Futuras
A parede celular das bactérias oferece diversos alvos antibacterianos exclusivos para médicos e farmacologistas. Essa estrutura, que consiste em uma rede tridimensional de polímeros de
peptídio–açúcar de ligação cruzada, denominados mureína, é
sintetizada em três fases: (1) síntese de monômeros de mureína,
(2) polimerização dos monômeros em polímeros de mureína e
(3) ligação cruzada dos polímeros para completar a parede.
Os agentes antibacterianos atuam em todas as três fases da
síntese da parede celular: a fosfomicina e a ciclosserina atuam
na primeira fase; a vancomicina, a teicoplanina e a bacitracina
exercem a sua ação na segunda fase; e os ␤-lactâmicos, que
constituem o grupo maior e mais importante, atuam na terceira fase. Os ␤-lactâmicos — que incluem as penicilinas, as
cefalosporinas, os monobactâmicos e os carbapenemos — são
bactericidas; a morte celular autolítica resulta mais provavelmente da ação não-controlada das proteínas de remodelagem
da parede, denominadas autolisinas. As diferenças estruturais
e químicas entre os ␤-lactâmicos determinam seus espectros
de atividade contra bactérias com diferentes arquiteturas da
parede celular.
A resistência aos antibióticos ␤-lactâmicos é geralmente
conferida por ␤-lactamases codificadas por plasmídios. Os farmacologistas superaram esse mecanismo de resistência (1) com
o desenvolvimento de novos agentes ␤-lactâmicos como, por
exemplo, as cefalosporinas de segunda e de terceira geração que
são resistentes à degradação por numerosas ␤-lactamases e (2)
com a co-administração de “chamarizes” ␤-lactâmicos, como
o ácido clavulânico e o sulbactam, que atuam como inibidores
da ␤-lactamase. Como as ␤-lactamases podem ser codificadas
em plasmídios, podem disseminar-se através de populações
bacterianas (e humanas) com grande velocidade, tornando o
desenvolvimento de antibióticos uma contínua “corrida armamentista”.
Os agentes antimicobacterianos atuam através do bloqueio
de várias etapas na síntese de moléculas, como o ácido micólico
e o arabinogalactano, que são exclusivas da parede celular das
micobactérias. Tipicamente, a resistência a esses agentes devese à ocorrência de mutações; entretanto, a terapia de combinação é de suma importância para evitar o desenvolvimento de
resistência por mutações. As futuras inovações provavelmente
deverão incluir o desenvolvimento de novos agentes dirigidos
contra os outros alvos moleculares exclusivos apresentados
pela bioquímica da parede celular bacteriana.
Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular
n Leituras Sugeridas
Brennan PJ. The envelope of mycobacteria. Annu Rev Biochem
1995;64:29–63. (Revisão da estrutura, da composição e da síntese
da parede celular das micobactérias.)
Cosgrove SE, Carroll KC, Perl TM. Staphylococcus aureus with
reduced susceptibility to vancomycin. Clin Infect Dis 2005;39:
539–545. (Relato recente de VISA e VRSA, incluindo definições,
fatores de risco e mecanismos de resistência.)
El Zoeiby A, Sanschagrin F, Levesque RC. Structure and function of
the Mur enzymes: development of novel inhibitors. Mol Microbiol
2003;47:1–12. (Revisão da estrutura, da ação catalítica e da inibição de MurA-MurF.)
Gale EF, Cundliffe E, Reynolds PE, et al. The Molecular Basis of Antibiotic Action. 2nd ed. London: John Wiley; 1981. (Texto clássico
sobre antibióticos que descreve as experiências que resultaram na
|
575
descoberta de muitos dos mecanismos de ação comentados neste
capítulo.)
Jacoby GA, Munoz-Price LS. The new beta-lactamases. N Engl J Med
2005;352:380–391. (Revisão da farmacologia de beta-lactamases
recentemente desenvolvidas.)
Kelkar PS, Li JT. Cephalosporin allergy. N Engl J Med 2001;345:804–809.
(Revisão abrangente da literatura sobre as reações às cefalosporinas
em pacientes com história pregressa de alergia à penicilina.)
Paterson DL, Bonomo DA. Extended-spectrum beta-lactamases: a
clinical update. Clin Microbiol Rev 2005;18:657–686. (Revisão
da microbiologia, da transmissão e do tratamento com beta-lactamases de espectro ampliado.)
Rattan A, Kalia A, Ahmad N. Multidrug-resistant Mycobacterium
tuberculosis: molecular perspectives. Emerg Infect Dis 1998;
4:195–209. (Discute o problema de resistência aos fármacos na
tuberculose.)
Aplicações Clínicas
M. tuberculosis
Complexo M. avium
Infecções cutâneas e oculares (uso
tópico)
Descontaminação GI de C. difficile
ou de enterococos resistentes à
vancomicina (oral)
Ciclosserina
Bacitracina
Se ocorrer absorção
sistêmica: nefrotoxicidade,
neurotoxicidade, supressão
da medula óssea
Com aplicação tópica:
dermatite de contato, visão
embaçada, olhos vermelhos
Convulsões
Sonolência, neuropatia
periférica, psicose
Cefaléia, diarréia, náusea
Co-administração com agentes nefrotóxicos
ou agentes bloqueadores neuromusculares
(contra-indicação para administração oral de
bacitracina)
Epilepsia
Depressão, ansiedade, psicose
Insuficiência renal grave
Abuso de álcool
Hipersensibilidade à fosfomicina ou
fosmidomicina
Contra-Indicações
Inibe a desfosforilação do pirofosfato de bactoprenol
Inibe tanto a alanina racemase quanto a D-Ala-D-Ala sintetase
O álcool, a isoniazida e a etionamida potencializam a toxicidade
da ciclosserina
A piridoxina pode evitar a neuropatia periférica induzida pela
ciclosserina
A ciclosserina inibe o metabolismo hepático da fenitoína
Análogos do fosfoenolpiruvato (PEP), que inibem a enol
piruvato transferase bacteriana através de modificação covalente
do sítio ativo da enzima, inibindo, assim, a síntese de
UDP–NAM a partir da UDP–NAG
Sinergismo com ␤-lactâmicos, aminoglicosídios e
fluoroquinolonas
Diminuição da absorção quando co-administrados com
antiácidos ou agentes de motilidade
Considerações Terapêuticas
Infecções por S. aureus resistente à
meticilina (IV)
Enterocolite por C. difficile (oral)
Neutropenia, ototoxicidade,
nefrotoxicidade, anafilaxia
“Síndrome do homem
vermelho” (rubor e
eritrodermia), febre
medicamentosa, exantema
por hipersensibilidade
Soluções contendo glicose em pacientes com
alergia conhecida ao milho
Nefrotoxicidade aumentada com aminoglicosídios
Pode-se evitar a “síndrome do homem vermelho” ao diminuir
a velocidade de infusão ou com pré-administração de antihistamínicos
A resistência à vancomicina surge mais comumente através da
aquisição de enzimas de codificação do DNA, que catalisam a
formação de D-Ala-D-Ala lactato
A teicoplanina não é utilizada clinicamente nos Estados Unidos
Penicilina G
Penicilina V
S. aureus e S. pyogenes sensíveis
à penicilina, anaeróbios orais, N.
meningitidis, espécies de clostrídios
Sífilis
Framboesia
Leptospirose
Profilaxia da febre reumática
(penicilina V)
Convulsões, enterocolite
Hipersensibilidade às penicilinas
pseudomembranosa,
eosinofilia induzida por
fármacos, anemia hemolítica,
neuropatia, nefrite
intersticial aguda, anafilaxia
Exantema, febre, reação no
local de injeção, reação de
Jarisch Herxheimer quando
utilizadas no tratamento da
sífilis
A penicilina G é a preparação intravenosa, a penicilina V é a
preparação oral
Os efeitos anticoagulantes da varfarina podem ser
potencializados com a administração concomitante de penicilina
A penicilina G intravenosa é preferida à penicilina V oral no
hospital
Sensíveis às ␤-lactamases
INIBIDORES DA LIGAÇÃO CRUZADA DE POLÍMEROS: PENICILINAS
Mecanismo — Os ␤-lactâmicos inibem a transpeptidase através da formação de um intermediário acil enzima covalente (“extremidade morta”). As penicilinas possuem um anel acessório de cinco membros fixado ao anel
␤-lactâmico
Vancomicina
Teicoplanina
Mecanismo — Ligam-se à extremidade terminal D-Ala-D-Ala da unidade de monômeros de mureína e inibem a transglicosidase, impedindo, assim, a adição de unidades de mureína à cadeia do polímero em crescimento
INIBIDORES DA SÍNTESE DE POLÍMEROS DE MUREÍNA
Infecções do trato urinário por
microrganismos Gram-negativos: E.
coli, Klebsiella, Serratia, Clostridia
Fosfomicina
Fosmidomicina
Mecanismo — Ver fármaco específico
Efeitos Adversos
Graves e Comuns
Capítulo 33 Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular
|
INIBIDORES DA SÍNTESE DE MONÔMEROS DE MUREÍNA
Fármaco
Resumo Farmacológico
576
Capítulo Trinta e Três
Utilizadas primariamente como tratamento
ou profilaxia contra infecção por P.
aeruginosa
Pneumonia hospitalar causada por
microrganismos Gram-negativos resistentes
Carbenicilina
Ticarcilina
Piperacilina
Mezlocilina
Hipersensibilidade às penicilinas
Hipersensibilidade às penicilinas
Atividade antibacteriana de amplo espectro, porém utilizadas
primariamente contra P. aeruginosa
Em geral, sensíveis à ␤-lactamase
A carbenicilina e a ticarcilina possuem um grupo carboxila na
cadeia lateral, que confere resistência a algumas ␤-lactamases
Em geral, a piperacilina e a mezlocilina são mais potentes do
que a carbenicilina e a ticarcilina contra um espectro semelhante
de microrganismos; ao contrário da carbenicilina e ticarcilina, a
piperacilina e a mezlocilina também são ativas contra Klebsiella
e enterococos
Atividade antibacteriana de amplo espectro
A ampicilina e a amoxicilina são sensíveis à ␤-lactamase
na forma de fármacos administrados isoladamente; o ácido
clavulânico e o sulbactam são inibidores da ␤-lactamase
O grupo amino de carga positiva na cadeia lateral aumenta a
difusão através dos canais de porina das bactérias
Gram-negativas
Resistentes às ␤-lactamases
Atividade antibacteriana de espectro estreito; utilizadas
principalmente nas infecções da pele e dos tecidos moles ou
infecções documentadas por S. aureus sensível à meticilina
Proteus mirabilis, E. coli, Klebsiella
pneumoniae
Infecções da pele e dos tecidos moles
Profilaxia cirúrgica
H. influenzae (cefuroxima)
H. influenzae, Enterobacter spp., Neisseria
spp., P. mirabilis, E. coli, K. pneumoniae
(cefotetan e cefoxitina)
Cefazolina
Cefalexina
Cefuroxima
Cefotetan
Cefoxitina
Hipersensibilidade às cefalosporinas
(raramente reação cruzada com as
penicilinas)
Iguais aos da cefazolina,
Hipersensibilidade às cefalosporinas
exceto que o cefotetan
(raramente reação cruzada com as
pode produzir uma reação
penicilinas)
semelhante ao dissulfiram
com o consumo de álcool e
bloquear a síntese dos fatores
da coagulação dependentes
da vitamina K
Enterocolite
pseudomembranosa,
leucopenia, trombocitopenia,
hepatotoxicidade
Náusea, vômitos, diarréia,
exantema
|
(Continua)
Cefalosporinas de segunda geração
Cobertura relativamente mais ampla contra microrganismos
Gram-negativos em comparação com as cefalosporinas de
primeira geração
Mais resistentes às beta-lactamases do que as cefalosporinas de
primeira geração
A cefuroxima é primariamente utilizada na pneumonia adquirida
na comunidade
O cefotetan e a cefoxitina são primariamente utilizados no
tratamento de infecções intra-abdominais e pélvicas
Cefalosporinas de primeira geração
Cobertura relativamente boa contra microrganismos
Gram-positivos
Sensíveis a muitas ␤-lactamases
INIBIDORES DA LIGAÇÃO CRUZADA DE POLÍMEROS: CEFALOSPORINAS
Mecanismo — Os ␤-lactâmicos inibem a transpeptidase formando um intermediário acil enzima covalente (“extremidade morta”). As cefalosporinas possuem um anel acessório de seis membros fixado ao anel
␤-lactâmico
Iguais aos da ampicilina e da Hipersensibilidade às penicilinas
amoxicilina
Exantema, náusea, vômitos,
Infecções enterocócicas invasivas e
diarréia
meningite por Listeria (ampicilina)
Infecções otorrinolaringológicas
não-complicadas, prevenção da endocardite,
profilaxia para a cirurgia dentária,
componente da terapia de combinação
para a infecção por Helicobacter pylorii
(amoxicilina)
Microrganismos produtores de ␤-lactamase,
como S. aureus, H. influenzae, E. coli,
Klebsiella, Acinetobacter, Enterobacter
anaeróbios (amoxicilina/ácido clavulânico,
ampicilina/sulbactam)
Ampicilina
Amoxicilina
Amoxicilina/ácido
clavulânico
Ampicilina/sulbactam
Diarréia, náusea,
vômitos, enterocolite
pseudomembranosa
(cloxacilina, dicloxacilina)
Hepatite (oxacilina)
Nefrite intersticial, flebite
(nafcilina)
Infecções da pele ou dos tecidos moles ou
infecção sistêmica por S. aureus produtor
de ␤-lactamase e sensível à meticilina
Oxacilina
Cloxacilina
Dicloxacilina
Nafcilina
Meticilina
Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular
577
Aplicações Clínicas
Efeitos Adversos
Graves e Comuns
Contra-Indicações
Considerações Terapêuticas
Capítulo 33 Farmacologia das Infecções Bacterianas: Síntese da Parede Celular (Continuação)
Enterobacteriaceae, Neisseria, H.
influenzae, P. aeruginosa, microrganismos
Gram-positivos
Cefepima
Hipersensibilidade às cefalosporinas
(raramente reação cruzada com as
penicilinas)
Iguais aos da cefazolina,
Hipersensibilidade às cefalosporinas
exceto que a cefepima pode
(raramente reação cruzada com as
provocar a formação de auto- penicilinas)
anticorpos antieritrocitários
sem hemólise significativa
Iguais aos da cefazolina,
exceto que a ceftriaxona
pode causar hepatite
colestática, enquanto a
cefoperazona pode provocar
uma reação semelhante ao
dissulfiram com o consumo
de álcool e bloquear síntese
dos fatores da coagulação
dependentes da vitamina K
Cefalosporina de quarta geração
Resistente a muitas beta-lactamases
Cefalosporinas de terceira geração
Maior penetração das cefalosporinas no SNC
Resistentes a muitas beta-lactamases
Altamente ativas contra Enterobacteriaceae, porém exibem
menor atividade do que as cefalosporinas de primeira geração
contra microrganismos Gram-positivos
Bactérias Gram-negativas
Utilizado em pacientes alérgicos às
penicilinas
Bactérias Gram-positivas e Gram-negativas,
exceto SARM, ERV e Legionella (o
ertapenem não é ativo contra Pseudomonas
ou Acinetobacter)
Espécies de Mycobacterium
Espécies de Mycobacterium
Espécies de Mycobacterium
Etambutol
Pirazinamida
Isoniazida
Etionamida
Mecanismo — Ver fármaco específico
AGENTES ANTIMICOBACTERIANOS
Imipenem/cilastatina
Meropenem
Ertapenem
Aztreonam
Hepatite, neurotoxicidade
(parestesias, neuropatia
periférica, ataxia), lúpus
eritematoso sistêmico,
convulsões, anormalidades
hematológicas
Neurite óptica, cegueira,
neuropatia periférica,
neutropenia, trombocitopenia
Hiperuricemia, mania,
náusea, vômitos
Anemia, hepatotoxicidade
Artralgias, hiperuricemia
(habitualmente
assintomática)
Iguais aos das penicilinas
Além disso, a presença de
altos níveis plasmáticos de
imipenem e de meropenem
pode causar convulsões
Iguais aos das penicilinas
Doença hepática ativa
Neurite óptica conhecida
Pacientes incapazes de relatar a
ocorrência de alterações visuais,
como crianças pequenas
Co-administração com antiácidos
Gota aguda
Disfunção hepática grave
Hipersensibilidade ao imipenem,
meropenem ou ertapenem
Hipersensibilidade ao aztreonam
Diminui a síntese de arabinogalactano através da inibição da
arabil transferase, que adiciona unidades de arabinose à cadeia
de arabinogalactano em crescimento
Micobacteriostático, é utilizado em associação com outros
antimicobacterianos, incluindo rifampicina e estreptomicina
A pirazinamida é um pró-fármaco que deve ser convertido em
sua forma ativa, o ácido pirazinóico, que inibe a ácido graxo
sintetase 1 (FAS1)
Utilizado em associação com outros antimicobacterianos,
incluindo a rifampicina e a estreptomicina
Inibem a síntese de ácido micólico ao utilizar como alvo a ácido
graxo sintetase 2 (FAS2)
Podem inibir ou induzir as enzimas do citocromo P450 e, por
conseguinte, interagir com outros fármacos, como rifampicina,
medicações anticonvulsivantes (carbamazepina e fenitoína),
antifúngicos azólicos, álcool
Micobactericidas e utilizadas em associação com outros
antimicobacterianos, incluindo rifampicina e estreptomicina
A neurotoxicidade da isoniazida pode ser evitada com
suplementação de piridoxina
A cilastatina inibe a desidropeptidase I renal, que, de outro
modo, inativaria o imipenem
O probenecid pode aumentar os níveis de meropenem
Todos os três agentes diminuem os níveis de valproato
Monobactâmico
Nenhuma cobertura contra microrganismos Gram-positivos
INIBIDORES DA LIGAÇÃO CRUZADA DE POLÍMEROS: MONOBACTÂMICOS/CARBAPENEMOS
Mecanismo — Os ␤-lactâmicos inibem a transpeptidase através da formação de um intermediário acil enzima covalente (“extremidade morta”)
N. gonorrhoeae, Borrelia burgdorferi,
H. influenzae, a maioria das
Enterobacteriaceae (ceftriaxona)
H. influenzae (cefotaxima)
P. aeruginosa (ceftazidima)
Cefotaxima
Ceftizoxima
Ceftriaxona
Cefoperazona
Ceftazidima
|
INIBIDORES DA LIGAÇÃO CRUZADA DE POLÍMEROS: CEFALOSPORINAS
Mecanismo — Os ␤-lactâmicos inibem a transpeptidase formando um intermediário acil enzima covalente (“extremidade morta)”. As cefalosporinas possuem um anel acessório de seis membros fixado ao anel
␤-lactâmico
Fármaco
Resumo Farmacológico
578
Capítulo Trinta e Três