Title: Penicillines
1Penicillines
- Thierry PRAZUCK,
- Maladies Infectieuses et Tropicales
- CHR ORLEANS
2Plan
- Introduction
- Structure de la paroi bactérienne, cible des
pénicillines, mécanismes de résistance - Structure, classification et spectre des
pénicillines
3Plan
- Introduction
- Structure de la paroi bactérienne, cible des
pénicillines, mécanismes de résistance - Structure, classification et spectre des
pénicillines
4Sir Alexander Fleming
- 1929 découverte  fortuite dune moisissure
inhibant la croissance de Staphylocoques
5Les spores de Penicillium contiennent fréquemment
des pigments qui donnent aux colonies sur les
aliments leur couleur caracteristique Â
6Penicillium
Le nom Penicillium vient de penicillus brosse,
en raison de lapparence de ses structures
fructifères
7Famille des ß-Lactamines
- La pénicilline fait partie de la famille
ß-Lactamine. - Elle possède un noyau ß-Lactame.
8Penicillines
Figure 20.6
9- Cephalosporines
- (noyau di-hydrothiazine)
Figure 20.9
10Plan
- Introduction
- Structure de la paroi bactérienne, cible des
pénicillines, mécanismes de résistance - Structure, classification et spectre des
pénicillines
11A. L enveloppe concerne lensemble des
structures externes de la bactérie.
Les deux types denveloppe sont les gram
positifs (G) et gram negatifs (G-).
12B. Paroi
Donne la forme et la rigidité de la bactérie
Empêche lexplosion de la bactérie
Constitué par le peptidoglycane (murein)
131. Peptidoglycane
Large polymère de N-acetylglucosamine Et acide
N-acetylmuramique reliés entre eux
Renforcé par des ponts peptidiques
14a. Structure générale
15b. Les sucres
CH2OH
O
OH
N-acetylglucosamine (G)
OH
HO
NH2COCH3
TB
16Biosynthèse du peptidoglycane
1. Synthèse des précurseurs 2. Autolysines 3.
Bactoprenol 4. Formation de la paroi 5.
Transpeptidation
171. Biosynthèse des précurseurs
bactoprenol
182. Bactoprenol
Bactoprenol transporte" le precurseur Ã
travers la membrane cellulaire vers le périplasme.
precurseur
Le bactoprenol a une queue hydrophobe
193. Autolysins
site de clivage
Les autolysines ouvrent le peptidoglycane
TB
204. Croissance de la paroi
BP
L-ala
D-glu
Le precurseur est inseré au niveau de la zone de
clivage, le bactoprenol est recyclé.
DAP
D-ala
D-ala
215. Transpeptidation
TB
22c. Les ponts peptidiques
M
G
G
L-alanine
D-glutamic acid
L- lysine or DAP
D-alanine
D-alanine
L- lysine or DAP
D-glutamic acid
D-alanine
L-alanine
DAP diaminopimelate
G
G
M
23- Les enzymes bactériennes vont donc intervenir
pourlier D-Ala à DAP - Ce sont des transpeptidases et des
transglycosylases - Ce sont elles qui sont la cible des
béta-lactamines - On les appelle aussi PLP (proteine de liaison Ã
la pénicilline) - La bactérie meurt par déséquilibre des fonctions
de construction et dautolyse (E. Coli) - Chez E.Coli, il existe 7 PLPs PLP2 maintien de
la formePLP3 formation du septum...
24- Interaction avec les PLP ( protéines liant la
pénicilline ) - nombre variable de PLP suivant les espèces.
- PLP enzymes souvent fonctionnelles intervenant
dans la synthèse ou le remaniement de la paroi. - fixation de la pénicilline dans le site actif de
la PLP par acylation.
252. Enveloppe des G
cytoplasmique membrane
26La paroi des G- (LPS)
274. Enveloppe des G-
28Pourquoi les béta-lactamines ont un spectre
différent puisquelles agissent sur le même site?
- Parce que les bactéries ont des PLPs différents
- Parce que les modifications biochimiques opérées
font varier laffinité aux PLPs - Parce quau fil du temps les bactéries ont
développé des mécanismes de resistance et les
antibiotiques nouveaux ont été crées pour les
surpasser - Parce que certaines modifications de structures
permettent de traverser ou non la membrane
externe des BGN
29Quels sont donc les principaux mécanismes de
resistance?
- Imperméabilité de la paroi bactérienne
- Inactivation enzymatique
- Modification de la cible
- Phénomène defflux actif
30Cibles daction des antibiotiques
Figure 20.2
31Imperméabilité de la paroi
- Entérobactéries
- Diminution ou absence dexpression des porines
- Chez E. Coli, OmpF et OmpC ont un rôle primordial
dans la diffusion des béta-lactamines à travers
la paroi - Concerne Klebsielle, Proteus, Serratia,
Enterobacter et Shigella
32Imperméabilité de la paroi (2)
- Aucune bétalactamine na de poids moléculaire
inférieur à la limite dexclusion des porines... - mais, 3 facteurs interviennent dans le passage
leur taille, leur charge et leur hydrophobicité - ex Dimininution de la taille des porines de
Salmonella typhi murium - Pour passer la paroi, une solution est de la
détruire Mode daction des aminosides qui
rendent les bactéries hypersensibles aux
bétalactamines
33Inactivation enzymatique
- Pénicillinases et béta-lactamases
- La première est décrite en 1944 et concerne S.
aureus - En 1940, 100 des S. aureus étaient Peni-S. 90
sont résistantes par production de cette
pénicillinase - Apparition progressive des béta-lactamases
- Les béta-lactamases seraient des PLP dont la
fonction a été transformée
34Principe daction de la pénicillinase
35Modification de la cible
- Cest le mode de résistance du pneumocoque
- Il est commun aux bactéries à gram positif
- Il est exceptionnel chez les BGN
- Les PLPs sont altérées afin de réduire leur
affinité aux pénicillines - Le réduction daffinité de la pénicilline aux PLP
se détecte par la technique des disques Ã
loxacilline - Cette réduction nest pas homogène parmi les
pénames
36Phénomène defflux actif
- Cest un des mécanismes mis en jeu par
Pseudomonas aeruginosa pour se débarasser des
molécules de béta-lactamines ayant franchi la
membrane externe - Ce mécanisme existe également chez le
streptocoque vis à vis de certains macrolides
37Bien évidemment, ces mécanismes peuvent être
associés chez la même bactérie (ex E.Coli)
- E. Coli Multi-S souche sauvage- La PeniG ne
pénétre pas correctement la mb externe, mais
lamoxicilline est active (35 à 40 des souches) - E. Coli producteur de pénicillinase- Amox-R,
Amox-clav S (20 des souches) - E.Coli hyperproducteur de pénicillinase -
Amox-R, AC-R, C3G iv-S, Quin-S - E. Coli produit des BLSE(lt1)- Quin-R ou S, C3G
iv-R, IMP-S
38Plan
- Introduction
- Structure de la paroi bactérienne, cible des
pénicillines, mécanismes de résistance - Structure, classification, spectre des
pénicillines, et indications
39Beta-Lactam Structure
40Caracteristiques communes des ?-Lactamines
- Même mécanisme daction Inhibition de la
synthèse du peptidoglycane - Bactericide (sauf vis à vis de Enterococcus sp.)
temps-dépendant - Démie vie courte
- Elimination principalement rénale (sauf
nafcilline, oxacilline, ceftriaxone,
cefoperazone) - Allergie croisée - sauf aztreonam
41?-lactaminesPharmacologie
- Bactéricidie independante de la concentration
Antibiotiques temps-dépendant La durée au dessus
de la CMI est corrélée à lefficacité - Absorption
- La peni G est dégradée par lacidité gastrique
- Les modifications structurelles biochimiques
permettent la voie orale - Peni V mieux absorbée better que Peni G
- Amoxicilline mieux absorbée que lampicilline
42Puisque ce sont des antibiotiques
temps-dépendant, pourquoi suffit il daugmenter
les doses pour vaincre une résistance?
43Pharmacocinétique des antibiotiques et
concentration critique
Conc. Critique souche mutée
Concentration plasmatique
Conc. Critique Souche sauvage
heure
44Index inhibiteur
- Ratio concentration au site de linfection
CMI - La concentration est liée au volume de
distribution de lantibiotique et aux barrières
naturelles - Lorsque la CMI augmente, la concentration doit
croitre au site de linfection
45Penicillines naturelles(penicilline G,
penicilline V)
- Peni G et Peni V obtenus par fermentation de
Peniciliniumchrysogenum - Linterposition dun atome dOpermet
labsorbtion digestive - Spectre - Streptocoques - Staph non
bétalactamases - Listeria - Neisseria -
Leptospires - Spirochètes - Anaérobies (sf
Bacteroides)
46Penicillines naturelles(penicilline G,
penicilline V)
- Gram-positive Gram-negative
- pen-susc S. aureus Neisseria sp.
- pen-susc S. pneumoniae
- Group streptococci Anaerobies
- viridans streptococci Au dessus du diaphragme
- Enterococcus Clostridium sp.
- Autres
- Treponema pallidum (syphilis)
47Pharmacocinétique
- PéniG- détruite par lacidité gastrique- VD
0,35L/kg- faible diffusion dans le LCR (5 Ã 10
des concentrations sériques)- la demie-vie étant
courte (30mn) nécessité de faire 4
perfusions/24h ou en perfusion continue - PeniV- Stable en milieu acide- pic en
30-60mn- élimination rénale identique à PeniG-
intervalle entre les prises 8h - Penicillines retard- 21 jours après une
injection IM de 2,4MUI, les taux sériques sont de
0,12µg/ml
48Indications
- Infections à streptocoques- Angines PeniV
2à 3MUIx3/j pendant 10j- Erysipèle 12 à 20
MUI/24h (traitement de référence)- Endocardites
(Strepto et enterocoques)( en association avec
un aminoside), mais cela est fonction de la
sensibilité à la fois à la PeniG et Ã
laminoside de 25 Ã 40 MUI/24h- Infections
néonatales ou de ladulte à Strepto B(en
association avec la gentaline) - Infections à pneumocoques NON
49Indications (2)
- Infections à méningocoques- Amoxicilline aussi
efficace- concentrations salivaires
insuffisantes néliminant pas le portage - Syphilis- primaire 1 seule injection
dExtencilline 2,4MUI avec xylocaine 1-
dancienneté gt1an ou non connue ou secondaire
Idem à répéter une fois par semaine pendant 3
semaines- neurologique ou chez le patient VIH
(après échec sérologique dun traitement de 1ere
ligne) 20MUI/j pendant 14 jours- congénitale
50.000 UI/kg/j pendant 10j
50Indications (3)
- Infections à anaérobies sus-diaphragmatiques-
mais souvent multibactérien (BGN,
Bactéroides...)... Chirurgie nécessaire - Angine de Vincent PeniV 2MUI pendant 1 semaine
- Actinomycoses traitement de référence. 12 Ã
20MUI pendant 6 semaines - Infections à Listeria
- Pasteurella, Rouget du porc, Charbon, maladie de
Lyme, Leptospirose
51Indications (4)
- Prévention des rechutes dérysipèle Extencilline
2,4MUI toutes les 3 Ã 4 semaines 6 Ã 12 mois
(uniquement en cas dérysipèle récidivant) - Prévention des infections pneumococciques chez le
splénectomisé (organique ou fonctionnel)PeniV
1MUI/j jusquà 15ans ou jusquà 5 ans après
splénectomie
52Penicillinase-Resistant Pénicillines(nafcilline,
oxacilline, meticilline)
- méticilline
- oxacilline et cloxacilline
- La chaine latérale créeun encombrement
stériquequi rend lantibiotique moinsaccessible
aux pénicillinasesdu staphylocoque - Il ne synthétise pas de BL
- Affinité pour les PLP réduite
Faible activité pour les streptocoques ou
entérocoques(lamox a une sensibilité 10 fois
sup à loxa à la PLP2a)
53Penicillinase-Resistant Pénicillines(oxacilline
Bristopen, Orbénine)
- Developpés pour bloquer laction de la
penicillinase de S. aureus qui inactive les
pénicillines naturelles -
- Gram-positive
- S. aureus Meti-S ou Oxa-S
-
-
54Mécanismes de résistance
- Synthèse dune PLP2a additionnelle- Résistance
 vraie à la méticiline - Staph Meti-R - Pourquoi le Staph meti-R est il aussi Q-R?
- Hyperproduction de bétalactamases- sur
lantibiogramme, le Staphylocoque est sensible Ã
lamoxi-clav- Cela confère une résistance de bas
niveau à loxacilline- Pour les infections
sévères, les bétalactamines, même avec un
inhibiteur, ne sont pas recommandées
55Pharmacocinétique
- Stable en milieu acide mais biodisponibilité
moyenne (30-50) - Diffusion identique à la PéniG (faible dans le
LCR, loeil ou la prostate) - Pénétration moyenne dans los, un peu meilleure
dans les articulations - Elimination urinaire principalement.
Demie-vie1heure
56Quel antibiotique peut on associer à la Peni M?
- Aminosides- bactéricidie précoce- action
complémentaire- pas de synergie vraie - Fosfomycine- action synergique- mais réduit la
production de PLP2a chez le S. aureus Meti-S - Rifampicine ou acide fusidique- association
indifférente- protège lacquisation de R à la
Rifampicine- bonne diffusion tissulaire - Quinolones- Prudence...(CI Ã la rifampicine ou
en relais)
57Indications
- Septicémies et endocardites ( Staphylococcie
maligne de la face) - 2g toutes les 6 heures
(8G/j) sans dépasser 12g durée 6 semaines sur
coeur G, 2 sur coeur droit- en association
(aminosides ou rifampicine) - Infections cutanées mineures (impétigo...)- 3g/j
pendant 10 jours- mais pas les morsures
strepto, pasteurelles... - Arthrites aigues même doses que pour les
septicémies 2 semaines puis relais 4 semaines Ã
la dose de 50 Ã 100 mg/kg/j
58Aminopenicillines(ampicilline, amoxicilline)
- Lhydroxylation de lamoxicilline augmente son
absorbtion digestive - La formulation dispersible de lamoxpermet un
allongement de la demie vieet autorise, dans
certains cas, deux prises par jour. - Elimination rénale
59Aminopenicillines(ampicilline, amoxicilline)
- Developpés pour augmenter lactivité vis à vis
des germes aérobies gram-négatifs - Gram-positive Gram-negative peni-S S.
aureus Proteus mirabilis - Group streptococci Salmonella, Shigella
- viridans streptococci certains E. coli
- Enterococcus sp. ?L- H. influenzae
- Listeria monocytogenes
-
60EVOLUTION DE LA RESISTANCE DU PNEUMOCOQUE
61JUSQUOU LAMOXICILLINE SERA ACTIVE ?
F Souches avec CMI gt 4 mg/l s encore rares, s
surtout chez lenfant (portage - otites) s
possibles chez ladulte (observatoire du
Pneumocoque 1999) F Peut-on avoir des souches
plus résistantes ? s oui, au laboratoire avec
CMI 16 mg/l
62Mécanismes de resistance
- béta-lactamases- ex H. influenzae, bacteroides
- Modification des PLP- ex pneumocoque,
enterocoque, staphylocoques - Modification de perméabilité- BGN
63Indications
- Pneumonie franche lobaire aigue- 3gr/J pendant
10 à 14 jours - Bronchite ou surinfection de BPCO peu sévères ??
- Méningites purulentes (12 g/j)- oui pour N
meningitis- pour S. pneumoniae, les
recommandations sont Claforan(fosfo ou vanco) - Méningite à listéria ( aminoside)
- Infections Urinaires NON
- Maladie de Lyme (phase primaire)
- Endocardites bactériennes
64Carboxypenicillines(carbenicilline, ticarcilline)
- Addition dun groupe carboxylou sulfonique
- Modification du comportementantibactérien -
perte de laffinité pour les PLP des G faible
activitésur les G
65Carboxypenicillines(ticarcilline Ticarpen)
- Developpés pour augmenter lactivité vis à vis
des germes aérobies gram-négatifs résistants - Gram-positive Gram-negative marginal Proteus
mirabilis - Salmonella, Shigella
- certains E. coli
- ?L- H. influenzae
- Enterobacter sp.
- Pseudomonas aeruginosa
-
-
-
66Indication
- Infections à Pseudomonas aeruginosa sensible-
Leur fréquence est de plus en plus limité en
raison des nombreux mécanismes de resistance
développés par ce germe(bétalactamases
efflux...etc)
67Ureidopenicillines(piperacilline, azlocilline)
- Developpés pour augmenter lactivité vis à vis
des germes aérobies gram-négatifs résistants - Gram-positive Gram-negative
- viridans strep Proteus mirabilis
- Group strep Salmonella, Shigella
- Enterococcus E. coli
- ?L- H. influenzae
- Anaerobies Enterobacter sp.
- FBonne activité Pseudomonas aeruginosa
- (sf Bacteroides) Serratia marcescens
- certaines Klebsiella sp.
-
-
-
68Mécanisme daction
- Leur hydrophobicité, associée au caractère
mono-anionique (2 charges négatives) permettent
un passage rapide à travers la membrane externe
des BGN - Inhibition du dernier stade de maturation du
peptidoglycane (PLP3), empêchant la formation du
septum lors de la division - Effet inoculum in vitro CMI plus basses lorsque
linoculum croit. - Moyennement hydrolysées par les céphalosporinases
de type I des BGN ou la bétalactamase à large
spectre (SHV-1)(Klebsiella) - Hydrolysées par les pénicillinases (idem aminoP)
69Mécanismes de résistance
- Modification de la perméablilité
(entérobactéries porines). Cependant le
coefficient de diffusion reste élevé vis à vis de
P. aeruginosa - Modification de laffinité aux PLP (S.
pneumoniae) - Production de béta-lactamases
- Efflux actif (P. aeruginosa)
70Associations
- Effet antagoniste avec limipénème ou la
céfoxitine (fort pouvoir inducteur de
céphalosporinase) - avec un inhibiteur de béta-lactamase
- avec un aminoside accroissement de la vitesse de
bactéricidie, réduction de lémergence de
variants, meilleure pénétration dans le biofilm
(P. aeruginosa) - avec une fluoroquinolone accroissement de la
vitesse de bactéricidie, réduction de lémergence
de variants
71Cinétique
- voie iv
- diffusion globalement identique dans les organes
mais- bonne pénétration cutanée et bronchique-
faible pénétration dans le LCR (15 des taux
sériques- pénétration osseuse moyenne à faible - Elimination rénale (70)
72Indications
- De plus en plus rare en pratique courante en
raison de lécologie bactérienne - Dans une stratégie de descalade après
documentation bactériologique dinfections
séveères à germes sensibles (infections
abdominopelviennes)
73Inhibiteurs de bétalactamases
Acide clavulanique Tazobactam Sulbactam
Amoxicilline Pipéracilline Amoxi-clav
Piper-tazo (Augmentin) (Tazocilline) Ticarci
lline Ticar-clav (Claventin)
On conserve le spectre initial de lantibiotique
de base et on récupère les bactéries issues de
ce spectresécrétant des bétalactamases Ex P.
aeruginosa ( R-naturelle à lamox,il ne peut
être efficace avec son IB)
74Antibacterial Antibiotics Inhibitors of Cell
Wall Synthesis
Figure 20.8
75Mécanisme de linhibition
- les IB sont des antibiotiques de type
bétalactamine - Ils sont spécifiques des bétalactamases qui sont
elles même des PLPs dérivés - Ce sont des inhibiteurs  suicides car leur
hydrolyse conduit au blocage de la bétalactamase
et leur action ne concerne pas directement la
structure bactérienne
76Quelles sont les bétalactamases qui intéressent
les pénicillines?
- TEM1 et TEM2 (E. Coli, Proteus)
- SHV-1 (Klebsielle)
- Pénicillinase plasmidique Haemophilus....
- Céphalosporinase de Bactéroides
- Pénicillinase de S. aureus
77Comment la bactérie devient elle resistante aux
IB?
- En hyper-produisant une béta-lactamase (ex E.
Coli, S. aureus) - En modifiant sa structure moléculaire
(Bétalactamase de type TEM résistante aux
inhibiteurs IRT) ex E. Coli, Klebsielle,
Proteus - Production de céphalosporinases
78Combinaison à lacide clavulanique (1)(Augmentin)
- Developpé pour augmenter lactivité de
lamoxicilline sur les souches productrices de
?-lactamases - Gram-positive Gram-negative
- S. aureus H. influenzae
- E. coli
- Anaerobies Proteus sp.
- Bacteroides sp. Klebsiella sp.
- Neisseria gonorrhoeae Moraxella
catarrhalis -
79Cinétique - Synergie
- Ladministration conjointe ne modifie pas les
paramètres cinétique de chacune des deux
molécules - Les concentrations et les diffusions sont
parallèles dansle tissu pulmonaire et ORL - Leffet synergique optimal est obtenu lorsque
linhibiteurcontrarie totalement lactivité
enzymatique - Si la concentration dinhibiteur est
insuffisante, à doses recommandées, le germe
hyperproduit des béta-lactamases - Conséquences fractionne les doses en raison de
la demie-vie courte... Augmenter les doses! mais
effets II
80Exemples de S. aureus
S. aureus n2 Peni R Amoxiclline R Ox
acilline S Amox-clav R/I FQ S
S. aureus n1 Peni R Amoxiclline R Ox
acilline S Amox-clav S FQ S
S. aureus n3 Peni R Amoxiclline R Ox
acilline R Amox-clav R FQ R/S
Mécanismes de resistance?
81Indications
- les situations cliniques faisant intervenir des
germes potentiellement producteurs de
bétalactamases- respiratoire
bronchopneumopathies, pneumonie dinhalation,
surinfection de BPCO sévères- ORL sinusite,
otites- cutané morsures, plaies souillées peu
sévères, (erysipèle)- infections
intra-abdominales peu sévères ou documentées-
Neutropénies fébriles de courte durée (en
association avec Ciflox)
82Combinaison à lacide clavulanique (2)(Claventin)
- Récupère les P. aeruginosa uniquement producteurs
de penicillinase - Ses indications varient donc selon lécologie
locale sur les infections à pyocyanique ou dans
les situations documentées dans une stratégie de
désecalade antibiotique
83Combinaison au Tazobactam(Tazocilline)
- Spectre- cocci G Strepto, Enterococcus
faecalis,staph Meti-S- BGN dont P.
aeruginosa- Anaérobies Bactéroides
84CINETIQUE
- Administration iv
- 4g toutes les 8h ou toutes les 12h en cas de
clairance diminuée - VD12litres, diffusion LCR très faible
85INDICATIONS
- Pneumonies nosocomiales (aminoside ou QII /-
Vanco) - Péritonites et infections intra-abdominales
sévères - Neutropénies fébriles  a priori de longue
durée ou à risque ( Amikacine) - Infections des parties molles sévères ou pied
diabétique (/- vanco) - Endométrites du post-partum ou post cesarienne
86?-Lactamines Effets indésirables
- Hypersensibilité 3 to 10
- Incidence plus forte en cas de voie parentérale
ou associée à la procaine - Réactions modérées à sévères rash jusquÃ
lanaphylaxie et décès - Anticorps produits contre les éléments de
dégradation ou la pénicilline elle même - Réaction croisée entre les pénicillines 4 avec
les autres ?-lactamines - Désensibilisation possible
87?-Lactamines Effets indésirables
- Neurologiques penicillines et carbapenemes
(imipenème) - Principalement chez les patients receivant de
fortes doses en présence d insuffisance rénale - Irritabilité, confusion, convulsions
- Hematologiques
- Leucopenie, neutropénie, thrombocytopénie
traitement prolongé (gt 2 semaines)
88?-Lactamines Effets indésirables
- Gastrointestinal
- Elévation des transas, nausée, vomissement,
diarrhée, colite pseudomembraneuse (C. difficile) - Néphrite interstitielle
- Infiltration cellulaire des tubules rénaux (Type
IV hypersensitivity reaction caracterisée par
une élévation brutale de la créatinine risque
IRO - Principalement avec la meticilline ou nafcillin