Farmaci Chinoloni

I FARMACI CHEMIOTERAPICI / ANTIBIOTICI

Il termine chemioterapico si differenzia dal termine antibiotico:

  1. Gli antibiotici sono delle molecole naturali: la penicillina è prodotta dal Penicillium notatum, la streptomicina dallo Streptomyces, la polimixina dal Bacillus polymyxa, ma ci possono essere diversi altri esempi. Sono dunque delle molecole prodotte dai microrganismi naturali come i batteri ed i miceti
  2. I chemioterapici sono invece dei prodotti di sintesi, ad esempio i sulfamidici o i chinoloni. Sono delle sostanze prodotte in laboratorio che hanno a loro volta un’azione antibatterica, presentata anche dagli antibiotici, però questi chemioterapici non sono rappresentati in natura

Pensiamo ora un attimo al fatto che la penicillina è sempre esistita, c’è sempre stata, prima ancora dell’uomo. Quando l’uomo era stato aggredito dal pneumococco non sapeva di avere la cura a portata di mano. I chemioterapici sono stati scoperti osservando invece che delle sostanze come i coloranti potevano avere un’azione antimicrobica. I sulfamidici sono stati scoperti utilizzando un colorante, il Salvarsan, ed osservando che il soggetto guariva. Utilizzando invece il colorante in vitro, questo non uccideva i batteri, dunque inizialmente non si capiva il differente comportamento di questa sostanza, ma soltanto una volta metabolizzato il colorante dall’ospite, esso liberava il sulfamidico, che era la parte attiva della molecola.

I CHINOLONI

I chemioterapici che agiscono impedendo la replicazione corretta dell’acido nucleico sono i chinoloni. I chinoloni sono delle molecole molto interessanti, in particolare gli ultimi prodotti che sono i chinoloni fluorurati.

I chinoloni di prima generazione

Il capostipite è stato sintetizzato nel 1960 ed è l’acido nalidixico, poi c’è stato l’acido solinico e l’acido pipeminico. Erano dei chinoloni di prima generazione, i primi chemioterapici che si concentravano principalmente nell’apparato urinario. Se introduco una pastiglia di acido nalidixico, il 99,9 % si concentra nell’apparato urinario ed è l’ideale per eliminare le infezioni delle vie urinarie (come delle cistiti), anche se in generale non hanno un’attività fortissima.

I fluorochinoloni

A questi chinoloni sono stati sostituiti i chinoloni fluorurati di ultima generazione, come la norfloxacina, la orfloxacina e la ciprofloxacina. Sono dei chemioterapici che costano dieci volte di più rispetto a quelli visti in precedenza, ma hanno anche un’attività diversa, infatti agiscono con delle concentrazioni molto più basse rispetto ai progenitori.

Il meccanismo d’azione è diretto principalmente nei confronti delle topoisomerasi, e particolarmente sulle DNA girasi. Le DNA girasi (rappresentano essenzialmente la DNA topoisomerasi II batterica) sono importanti perché, quando la cellula si sta duplicando, tende a raggomitolare l’acido nucleico. Affinché questo non accada i superavvolgimenti della cellula batterica tendono ad esistere come superavvolgimenti negativi, ovvero dei nodi che invece che tendere a raggomitolarsi ancora di più, tendono intrinsecamente a despiralizzarsi. Questo è quello che accade al cavo del telefono, dove i fili sono tutti arrotolati. Si hanno dei superavvolgimenti negativi quando si solleva la cornetta, la si sposta nell’altra mano e la si appoggia sulla base del telefono, facendo così un giro di 360° alla cornetta, infatti essi tendono a despiralizzarsi. In questo caso aumenta la tensione, ed i movimenti indotti tendono a svolgere i superavvolgimenti negativi, questo è quello appunto che accade nell’acido nucleico.

Una delle funzioni principali delle topoisomerasi è di intervenire su questi superavvolgimenti negativi, formandoli dopo la despiralizzazione delle due eliche, ad esempio dopo la replicazione del DNA. Una seconda funzione si esplica quando l’acido nucleico deve duplicarsi, le due eliche si devono separare come una zip che tende ad aprirsi, separando le due eliche l’una dall’altra. Man mano che si aprono, le due spire si replicano dando vita al filamento complementare. Si formano così però a valle della replicazione del DNA dei nodi che difficilmente vengono superati, a meno che non ci sia un enzima che taglia una delle molecole di DNA e la fa passare sotto all’altra, evitando la formazione del nodo. L’opera di questo dipanamento è dovuta alla DNA girasi.

Nello schema si vede la zip che diparte da entrambe le estremità e permette di ottenere alla fine i due acidi nucleici separati, identici l’uno all’altro.

Questi fluorochinoloni agiscono

  • andando a bloccare la formazione dei superavvolgimenti negativi
  • bloccando la separazione delle due eliche al momento della replicazione del DNA

In ogni caso viene impedita la modalità classica di replicazione dell’acido nucleico e la cellula non può separare il suo cromosoma per le due cellule figlie, questo porta alla morte della cellula. Si tratta di un meccanismo molto importante e battericida, la cellula muore (alcuni antibiotici sono batteriostatici, ovvero impediscono che la cellula si possa replicare ma non la uccidono, in ogni caso funzionano molto bene alla stessa stregua degli antibiotici batterici perché naturalmente se la cellula non si replica, ci pensa il nostro sistema immunocompetente ad eliminarla).

L’enzima DNA girasi è formato da due coppie di polipeptidi identici, in particolare si parla di queste due coppie come delle subunità A e B:

  • la subunità A taglia la catena in siti specifici e       ne consente lo srotolamento
  • la subunità B è responsabile della spiralizzazione negativa dell’acido nucleico (ovvero del superavvolgimento negativo)

Entrambi gli enzimi sono necessari per le modificazioni topologiche che devono essere eseguite sul DNA, sono indispensabili alla produzione della forcella re plicativa, e quindi alla duplicazione del DNA.

Ci sono due gruppi di molecole antibatteriche, i chinoloni che agiscono sulla DNA girasi A e la novobiocina (un antibiotico) che agisce invece sulla DNA girasi B.

I chinoloni, alla loro concentrazione ideale, impediscono la replicazione dell’acido nucleico, quindi portano alla morte della cellula batterica. A concentrazioni più basse (solitamente alla metà o ad un quarto) la sostanza non sarebbe in grado di uccidere il batterio, però è in grado di “curare” il batterio dal plasmide. Questa modalità è molto interessante, ma non è ancora pienamente utilizzata. Eliminare un plasmide da una cellula significa anche eliminare la sua capacità di essere antibiotico-resistente. Se una cellula è molto resistente a tanti antibiotici, riesco con estrema difficoltà ad eliminare il microrganismo da un processo infettivo. Questa resistenza è attribuita in genere dai geni che sono presenti sui plasmidi, così se riesco ad eliminare il plasmide, tolgo anche la possibilità della cellula di resistere agli antibiotici. I chinoloni a basse concentrazioni riescono a curare il plasmide, quindi a toglierlo dalla cellula. Andando ad allestire un’associazione di due antibiotici, di cui uno è il chinolone a basse concentrazioni, che mi permette l’eliminazione del plasmide, e l’altro è un antibiotico qualsiasi che trova sulla cellula il bersaglio, riesco con delle dosi molto minime di sostanze antibatteriche ad uccidere il microrganismo. Da una parte lo curo e impedisco che diventi resistente, con l’altra sostanza invece (l’antibiotico) lo vado a colpire perché la cellula ha perso il suo meccanismo d’inattivazione dell’antibiotico. L’associazione di un chinolone a basse dosi e di un altro antibiotico a basse dosi a sua volta riesce ad eliminare un microrganismo che sarebbe altamente resistente a qualsiasi terapia. Una cosa del genere va preparata prima in vitro, poi si applica sul paziente. Questi meccanismi prendono in considerazione ad esempio la produzione degli enzimi batterici che degradano una molecola di antibiotico, andando a togliere questi enzimi infatti l’antibiotico funziona, posso eliminare l’enzima quando non c’è più il gene che lo codifica, per eliminarlo si utilizza un chinolone a basse concentrazioni proprio per “curare” il batterio dal plasmide. Per l’utilizzo di queste tecnologie siamo però ancora in una fase sperimentale.

I fluorochinoloni, come la ciprofloxacina, sono diventati famosi perché hanno alzato le azioni sul mercato azionario dell’azienda che li produceva, quando ci sono stati quei casi di terrorismo da Bacillus anthracis sono stati utilizzati a dosi massive questi chinoloni che costano molti soldi, per cercare di eliminare questo batterio, anche se nei confronti del Bacillus anthracis si poteva utilizzare tranquillamente la penicillina, che è molto più economica. Questo episodio ha permesso di alzare le quotazioni in borsa delle azioni della casa farmaceutica in questione, ovvero la Bayer. Sono in commercio da circa 20 anni vari tipi di fluorochinoloni, come la ciprofloxacina, la norfloxacina e diversi altri.

I meccanismi di resistenza

Come per la maggior parte degli antibiotici, anche per i chinoloni i batteri riescono a mettere in atto dei meccanismi di resistenza:

  • Produzione di enzimi
  • Modificazione della permeabilità di membrana, in questa maniera la cellula impedisce la penetrazione del chinolone, che quindi non può arrivare a colpire le DNA girasi, oppure si verifica una permeabilità tale per cui la sostanza non si concentra sufficientemente all’interno della cellula
  • Modificazione del bersaglio dei chinoloni, ovvero ci possono essere delle alterazioni dell’enzima topoisomerasi. Ci sono ad esempio delle mutazioni che possono alterare le DNA girasi, rendendo il microrganismo difficilmente aggredibile dal chemioterapico