Les antibiotiques et lantibiogramme DCEM 1 2010 2011

Les antibiotiques et l’antibiogramme DCEM 1 2010 – 2011 Dr Thierry Fosse, Bactériologie-Hygiène, Faculté de Médecine, Université de Nice Plan du cours • • • Les définitions indispensables Comment est testée la sensibilité des bactéries aux antibiotiques Les mécanismes d’action des antibiotiques Les mécanismes de résistance des bactéries aux antibiotiques Classification des antibiotiques par classe 1

Antibiotiques - Les antibiotiques ont une activité spécifique en touchant des cibles propres aux bactéries. Ces substances sont actives à faible dose (0, 01 à 1 mg/l) par voie orale ou parentérale et ne sont pas ou peu toxiques pour l'organisme humain. Cependant comme tout médicament un antibiotique peut parfois provoquer un effet secondaire (terrain individuel, dose, interaction. . . ). - Au contraire les antiseptiques agissent à de plus fortes concentrations et de manière moins spécifique. Ils sont ainsi administrés seulement de manière externe sur la peau et les muqueuses. 2

La concentration minimale inhibitrice CMI La CMI est la plus petite concentration + inoculum 106 bact/ml de l’antibiotique qui inhibe toute croissance visible À l’œil, le bouillon est limpide 3

La concentration minimale inhibitrice CMI après 18 h à 37°C Le milieu est trouble CMI de l’amoxicilline sur E. coli: 4 mg/l Le milieu est limpide La croissance bactérienne a été inhibée 4

CMB La CMB est la plus petite concentration de l’antibiotique qui réduit la population bactérienne 10 000 fois CMB de l’amoxicilline pour E. coli: 8 mg/l 5

Définitions • Bactériostase: est bactériostatique un antibiotique qui inhibe la croissance bactérienne. Sont bactériostatiques les antibiotiques pour lesquels la CMB est très supérieure à la CMI • Bactéricidie : est bactéricide un antibiotique qui tue les bactéries, qui réduit 10 000 fois l’inoculum. Sont considérés comme bactéricides les antibiotiques dont la CMB est proche de la CMI E coli pour l’amoxicilline: CMI 4, CMB 8 mg/l 6

Mesure de la CMI par le E-test CMI de la pénicilline sur le pneumocoque : 0. 5 mg/l 7

Les concentrations critiques • Ce sont des concentrations définies en fonction des CMI des germes et des concentrations sériques (ou tissulaires) habituelles d’un antibiotique permettant d’interpréter les CMI et CMB (Cf. cours pharmacologie). • Concentration critique supérieure: concentration sérique obtenue suite à l’administration de l’antibiotique après majoration de la posologie, non toxique • Concentration critique inférieure: concentration sérique de l’AB obtenue après posologie usuelle 8

Conc de l’AB CMI haute > C : Résistant mg / l Concentration critique supérieure C c < CMI < C : Intermédiaire Concentration critique inférieure c CMI basse < c : Sensible 1 2 3 4 Temps en heures 12 9

L’antibiogramme 10

Après 18 h à 37°C Diamètre de la zone d’inhibition 11

Les abaques 12

Courbes de concordance 13

Antibiogramme au labo • Listes molécules utiles au traitement – Selon germe isolé (ex. E. coli et S. aureus) – Selon site d’isolement (ex. Pus et urines) • Listes molécules utiles à la détection des mécanismes de résistance (ex. kanamycine, oxacilline et pneumocoque. . ) • Parfois test complémentaire nécessaire oxacilline à 30°c Staphylocoque, β-lactamase Haemophilus sp. , rech d’un gène par PCR). (ex. • La réponse au clinicien comporte la liste des antibiotiques : utilisables (S), non utilisables (R et I) 14

15

Mécanismes d’action des antibiotiques Schéma d’une bactérie 16

De quelle manière un AB agit-il sur la bactérie ? Rappel de la structure bactérienne Les bactéries à Gram positif Les bactéries à Gram négatif 17

Les principaux mécanismes d’action des antibiotiques • Inhibition de la synthèse du peptidoglycane • Inhibition de la synthèse des protéines • Inhibition de la synthèse des acides nucléiques ou blocage de la transcription 18

Les AB agissant sur la synthèse du peptidoglycane • Les béta-lactamines (très grande famille) • Les glycopeptides (vancomycine) • La fosfomycine La bactérie est fragilisée, perd son « squelette » et sa forme, et finit par éclater. Les plus grosses molécules (pénicilline, vancomycine) ne peuvent traverser la membrane externe des Gram (-) et ne sont donc actives que chez les Gram (+) D’autres agissent préférentiellement sur les Gram (-) On parle de « spectre antibactérien » . 19

Spectre antibactérien des molécules actives sur la synthèse de la paroi bactérienne Gr + Gr - Pénicilline G Pénicillines antistaphylococciques Oui non Autres pénicillines Oui Céphalosporines Oui Glycopeptides Oui Non Fosfomycine Oui oui Remarque Grosse molécule 20

Les antibiotiques bloquant la synthèse des protéines Remarque Gr + Gr - Aminosides Oui Tétracyclines Oui Chloramphénicol Oui Macrolides Oui Non hydrophobe Acide fusidique Oui Non hydrophobe 21

Les autres mécanismes Blocage de la synthèse des acides nucléiques • Les quinolones : bloquent la réplication de l’ADN bactérien par blocage de l’ADN gyrase • Sulfamides et triméthoprime: inhibent la synthèse des acides nucléiques en s’incorporant dans le processus de synthèse des folates (analogie structurale) • La rifampicine Désorganisation des membranes sur leur partie lipidique : les polymyxines (colimycine). Ne sont actives que chez les Gram(-), sur leur membrane externe 22

Spectre antibactérien Gr + Gr - Quinolones Oui Sulfamides Triméthoprime Oui Rifampicine Oui Non Polymyxines Non Oui remarque hydrophobe 23

Les résistances bactériennes Plusieurs mécanismes peuvent s’associer Certaines bactéries présentent une résistance naturelle. On peut ainsi définir le spectre d'un antibiotique ou son activité vis-à-vis des souches "normales". Certaines bactéries présentent une résistance acquise vis-à-vis de un ou plusieurs antibiotiques. La pression de sélection augmente le nombre de bactéries porteuses de mécanismes de résistance. (Introduction de la pénicilline en thérapeutique, diffusion rapide, en quelques années, de souches de staphylocoques sécrétrices de pénicillinase). 24

Imperméabilisation de la membrane externe chez les Gram(-) Résistances naturelles Enzymes de dégradation des antibiotiques Modification des cibles Mutations Résistances acquises Acquisitions de matériel génétique étranger efflux 25

La résistance acquise par mutation • Événement aléatoire : erreurs sur l’ADN bactérien • Une seule famille d’antibiotiques est touchée • Est stable et transmise à la descendance si la mutation est un avantage par rapport aux autres individus : sélection d’une sous-population • Le taux de mutation est relativement élevé pour certains antibiotiques comme la fosfomycine, l’ac fusidique et la rifampicine (exemple 10 mutants résistants observés dans une population de 108 Staphylococcus aureus après traitement par rifampicine). 26

Ce qui favorise l’émergence de résistance par mutations • L’antibiotique: le taux de mutation élevé • Un inoculum fort (nombre de bactéries très élevée au site de l’infection). • Mauvaise accessibilité du foyer infectieux à l’antibiotique et concentrations trop faibles posologie trop faible) • Les défenses naturelles insuffisantes (immunodépression). Comment éviter les mutations • Eviter les monothérapies pour les AB à fort taux de mutation • Drainer les foyers infectieux • Utiliser une concentration d’AB d’emblée suffisante • Choisir la molécule diffusant bien dans le tissu infecté • Eventuellement, associer 2 molécules quelques jours jusqu’à avoir réduit la taille de la population bactérienne 27

Mécanismes de transferts génétiques • Transformation – ADN « libre » • Transduction – ADN transmis par phage • Conjugaison – Plasmides – Transposons 28

Plasmides: confèrent résistances à plusieurs antibiotiques à la fois 29

Plasmides • support possible de résistances multiples • transmissible à d’autres genres bactériens • responsable d’épisodes épidémiques et de la diffusion rapide de nouvelles résistances – Chez les entérobactéries: BLSE ± aminosides ± chloramphénicol ± sulfamides ± tétracycline – Touche principalement E. coli et K. pneumoniae – Le transfert de plasmide a lieu le plus souvent au sein de la flore intestinale (réservoir) – Repérable sur l’antibiogramme: présence de plusieurs marqueurs de résistance et d’une synergie entre une béta-lactamine et un inhibiteur de béta-lactamase 30

Transposons • Acquisition de séquences transposables sur chromosome ou plasmides • ADN étranger acquis par transformation: – Streptocoque et résistance aux tétracyclines – S. aureus et résistance à la méthicilline L’usage excessif des antibiotiques favorise la dissémination de ces gènes de résistance. 31

Staphylococcus aureus • Utilisation de la pénicilline (se fixe sur les PLP) • Apparition de souches produisant une enzyme de dégradation de la pénicilline G: pénicillinase • Synthèse de pénicillines résistant à la pénicillinase: oxacilline, méthicilline • Apparition de souches résistantes par modification de la cible: la bactérie produit une PLP 2 a, de très faible affinité pour l’oxacilline et toutes les autres molécules de la famille (SARM) 32

Pseudomonas aeruginosa • Résistances naturelles par imperméabilité de la membrane externe, par céphalosporinase • Résistances naturelles par efflux actifs • Résistances acquises par mutations entraînant une modification de la cible (moins bonne affinité): quinolones • Résistances acquises par mutations entraînant une production accrue de céphalosporinase naturelle • Résistance acquise par plasmide porteur d’une ou plusieurs résistances • Résistance par perte d’une porine spécifique, D 2: 33 résistance à l’imipénème

La pression de sélection dans une population bactérienne Comment apparaît la résistance ? • A - C’est l’antibiotique qui provoque la résistance • B - C’est la bactérie qui s’adapte • C - C’est l’antibiotique qui sélectionne une bactérie mutante • D - C’est l’antibiotique qui sélectionne une bactérie ayant acquis une résistance 34

Après 48 h de traitement Après 5 j de traitement AB Foyer infectieux Souche sensible Souche résistante L’antibiotique permet l’émergence des bactéries les mieux armées. C’est la pression de sélection. 35

Les différentes classes d’antibiotiques S I. Pénicillines R 1 O N COOH ß-lactamases (pénicillinase) L'acide 6 -aminopénicillanique est le noyau de base des pénicillines. Il peut être substitué par acylation sur sa fonction aminée pour donner naissance à des dérivés qui se distinguent par la stabilité, la pharmacocinétique, le spectre et la résistance aux ß-lactamases (bla) 36

II. Céphalosporines A. Céphalosporines 1 er gén. B. Céphalosporines 2ème gén. C. Céphalosporines 3ème gén. S R 1 Les céphalosporines ont pour noyau commun O l'acide 7 -amino céphalosporanique. Résistance habituelle aux pénicillinases (C 1 g, C 2 g, C 3 g) et aux céphalosporinases de base (C 3 g). N R 2 COOH III. Carbapénèmes et monobactams C R 1 O N Thienam COOH O N Aztréonam 37

Associations pénicillines + inhibiteurs de béta-lactamases S C-CH 2 OH A. Amoxicilline+ac. clavulanique B. Ticarcilline +ac. clavulanique O N COOH C. Pipéracilline+tazobactam Forte affinité pour les pénicillinases mais pas les céphalosporinases. Activité antibactérienne propre faible. 38

Indications cliniques des béta lactamines (exemples) A. penicillin V/ G 1. Angine bactérienne (Streptocoque groupe A) 2. 3. 4. 5. Cellulite (Streptocoques, anaérobies) Syphilis (Treponeme) Endocardite à Streptocoque (associé aminoside) Prophylaxie RAA B. Oxacilline/Cloxacilline Infections à Staphylococcus aureus C. Amoxicilline 1. infections respiratoires hautes (ORL) 2. Pneumopathie à pneumocoque D. Ticarcilline Infections à Pseudomonas aeruginosa 39

E. amoxicilline + ac. clavulanique 1. Infections respiratoires (ORL et bronchites) 2. Infections cutanées et morsures (Augmentin) 4. Infections urinaires (enfants) F. Céphalosporines 1ére génération 1. Infections respiratoires 2. Antibioprophylaxie chirurgie cardiaque et orthopédique G. Céphalosporines 2ème génération 1. Antibioprophylaxie chirurgie abdomino-pelvienne H. Céphalosporines 3éme génération 1. 2. 3. 4. 5. Pneumopathies nosocomiales à BGN Bactérièmies (BGN) Méningites Infections à P. aeruginosa (Ceftazidime) Maladie de Lyme (B. burgdorferi) 40

I. imipénème 1. 2. 3. 4. Pneumopathies nosocomiales mixtes Infections intra abdominales (Péritonites. . ) Bactériémies Infections patients neutropéniques fébriles Avantages et inconvénients des béta-lactamines Large gamme de molécules Voies d’administration variées Peu toxiques, utilisables chez la femme enceinte et le nouveau né (neurotoxicité à forte dose pour la pénicilline) Allergie aux pénicillines, croisée parfois avec les céphalosporines (10%) 41

Glycopeptides: vancomycine, teicoplanine, daptomycine Infections sévères : • Staph. coagulase négative résistants (infections sur cathéters et prothèses) • Bactériémies à SAMR (Staphylococcus aureus méticilline résistant) Toxicité : oto et néphrotoxicité. 42

Aminosides A. Streptomycine D. Tobramycine G. Kanamycine B. Amikacine E. Sisomicine H. Neomycine C. Gentamicine F. Netilmicine I. Spectinomycine 43

Mécanisme d’action Inhibition de la synthèse protéique Antibiotiques bactéricides utilisables par voie parentérale essentiellement, en traitements courts et en association à d’autres molécules. Oto et néphrotoxicité. Indications cliniques aminosides A. Endocardites à entérocoque (association pénicilline-gentamicine ou vancomycine) B. Infections sévères à BGN et à staphylocoque : association gentamicine avec béta-lactamines, durée courte 3 -5 j en raison toxicité rénale et auditive C. Tuberculose (Streptomycine ou amikacine en association avec autres antituberculeux) 44

Macrolides A. Erythromycine B. Spiramycine C. Roxythromycine D. Azithromycine E. Clarithromycine F. Télithromycine* Mécanisme d’action: Inhibition de la synthèse des proteines 1. Fixation sous-unité 50 S du ribosome 2. Blocage translocation 45

Lincosamides Lincomycine Clindamycine Mécanisme d’action Inhibition de la synthèse des protéines 1. Fixation sous-unité 50 S du ribosome 2. Blocage de l’activité de la peptidyltransférase Voies orales et IV Indications cliniques (exemples) 1. Infections à bactéries anaérobies (cutanées, mal plantaire. . ) 2. Infections à Staphylococcus aureus (bonne diffusion osseuse) 46

Streptogramines • Association de deux dérivés proches des macrolides, agissant en synergie. Ils inhibent la synthèse des protéines par fixation à la sousunité 50 S du ribosome. • Pristinamycines (A + B) voie orale, utilisable pour les infections cutanées à S. aureus. • Quinupristine + dalfopristine (Synercid) voie IV. Association active sur S. aureus résistant à la méticilline et de sensibilité diminuée aux glycopeptides (GISA). Traitement de recours des infections à GISA. 47

Indications cliniques des Macrolides • A. Angine à streptocoque du groupe A • B. Erysipéle et Scarlatine (Strepto A) • C. Infections à Chlamydia et mycoplasmes (pneumonies atypiques) • G. infections à Mycobacterium avium (Patients HIVclarithromycin et azithromycin) • H. Surinfection de bronchite chronique • K. Prophylaxie de l’endocardite (si allergie aux pénicillines) Voie orale essentiellement. Voie IV parfois (Erythromycine dans les pneumopathies à Legionella). Très bonne diffusion intra-cellulaire Non toxique pour le foetus en général. 48

Mécanisme d’action: Inhibent la synthèse protéique en se liant à la sous-unité 30 S ribosome. Tétracyclines Indications cliniques (bactériostatiques, pénétration intra-cellulaire) A. Rickettsies Fièvre montagnes rocheuses Typhus Fièvre Q Fièvre boutonneuse méditerranéenne Toxicité : anomalies osseuses et dentaires chez le fœtus et l’enfant en croissance B. Maladie griffes du chat (Erlichia…) C. Maladie de Lyme (Borrelia…) D. Infections respiratoires (bronchites…dont Chlamydia, mycoplasmes…. ) E. Acné (Propionibacterium acnes) F. Brucellose 49

Oxazolidinones Le premier représentant de cette nouvelle famille d’antibiotique est le linézolide (Zyvox). Mécanisme d’action: inhibe la synthèse des protéines Indications cliniques: infections à bactéries gram + multirésistantes (en particulier S. aureus méti. R de sensibilité réduite aux glycopeptides ou GISA) 50

Chloramphénicol Mécanisme d’action Inhibition de la synthèse protéique. Bactériostatique, spectre large. Indications cliniques limitées (toxicité hématopoïétique) Non utilisable chez la femme enceinte et l’enfant de moins de 6 mois 51

Quinolones A. B. C. D. E. F. G. Acide nalidixique Norfloxacine Ciprofloxacine Ofloxacine Lévofloxacine Moxifloxacine Sparfloxacine Mécanisme d’action Inhibition sous-unité alpha DNA gyrase (topoisomerase II): interruption de la synthèse des acides nucléiques 52

Indications cliniques des Quinolones (molécules ayant une très bonne diffusion tissulaire et bactéricides) A. Infections respiratoires Surinfection de bronchite chronique Pneumopathie communautaire (Lévofloxacine, moxifloxacine), nosocomiale (ciprofloxacine) B. Infections urinaires (+++) 1. Cystites (Acide nalidixique, Norfloxacine) 2. Pyélonéphrites 3. Prostatites C. Infections osseuses D. Diarrhées à bactéries entéro-invasives E. Infections sexuellement transmissibles (MST): Gonocoque, Chlamydiae, Mycoplasmes. . . Toxicité: photosensibilisation et arthralgies. A éviter pendant la grossesse et l’enfant jusqu’à la fin de la croissance 53

Acide fusidique L’acide fusidique inhibe la synthèse protéique Taux de mutation élevé: à n’utiliser qu’en association. Indications cliniques: infections à S. aureus. Fosfomycine Mode action: inhibe la synthèse de la paroi bactérienne Le taux élevé de mutation impose l’utilisation de la fosfomycine en association. Indications: infections sévères à S. aureus (en association) ou bacilles à Gram négatif (infections urinaires). 54

Rifamycines Mode d’action: Inhibe la transcription Antibiotique à n’utiliser qu’en association Indications: A. B. C. E. Tuberculose: Antituberculeux majeur à utiliser en association Infection grave à Staphyloccus aureus Prophylaxie de la méningite à méningocoque Brucellose Toxicité: hépatique 55

Sulfamides et Trimethoprime Bactrim (cotrimoxazole) Mécanismes d’action Inhibent la formation de l’acide folique Effet synergique sulfamides et trimethoprime en agissant sur la même voie de synthèse de l’acide folique Indications cliniques A. Infections urinaires non compliquées B. Prostatites C. Abcès du cerveau, méningites D. Pneumonie à Pneumocystis carinii (Patients HIV+ hautes doses) Toxicité : accidents allergiques, toxicité hématologique, 56 interférences médicamenteuses

Métronidazole: activité importante sur les bactéries anaérobies par fragmentation de l’ADN Indications cliniques: infections mixtes à anaérobies, utilisé en association (péritonites, abcès du cerveau, pleurésie purulente…) Vaginose bactérienne 57