Les antibiotiques et l’antibiogramme DCEM1 2009 – 2010 Chantal Giraud, Thierry Fosse, Laboratoire de Bactériologie, CHU de Nice Plan du cours Les définitions indispensables Comment est testée l’efficacité des antibiotiques au laboratoire Les mécanismes d’action des antibiotiques Les mécanismes de résistance des bactéries aux antibiotiques Les molécules, par classe

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.

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

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

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

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

Mesure de la CMI par le E-test CMI de la pénicilline sur le pneumocoque : 0.5 mg/l

Les concentrations critiques Ce sont les concentrations sériques (ou tissulaires) d’un antibiotique permettant d’interpréter les CMI et CMB 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 Pour un site donné, l’interprétation se fera en tenant compte de la diffusion de l’AB dans le tissu considéré.

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

L’antibiogramme

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

Les abaques

Courbes de concordance

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 (ex. oxacilline à 30°c Staphylocoque, β-lactamase Haemophilus sp., rech d’un gène par PCR). La réponse au clinicien comporte la liste des antibiotiques : utilisables (S), non utilisables (R et I)

Mécanismes d’action des antibiotiques Schéma d’une bactérie

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

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

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 ».

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

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

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

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

Les résistances bactériennes Plusieurs mécanismes qui 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).

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

La résistance acquise par mutation Événement aléatoire : erreurs sur l’ADN L’antibiotique n’est pas responsable Touche le chromosome bactérien Une seule famille d’antibiotiques est touchée Est stable et transmis à la descendance si la mutation est un avantage par rapport aux autres individus : sélection d’une sous-population La fréquence est variable selon la famille d’antibiotique. Fréquence très élevée pour les quinolones (10-7 pyo, 10-10 E coli), fosfomycine, ac fusidique, rifampicine.

Exemple de mutation chez E. cloacae mutation dans le gène de régulation de la synthèse de la céphalosporinase - ampR ampC R à amoxicilline, céfalotine, céfoxitine mutation - ampR ampC R comme ci-dessus + R aux C3G

E.cloacae Phénotype1. Présence d ’une céphalosporinase inductible, pip E.cloacae Phénotype1. Présence d ’une céphalosporinase inductible, naturelle amx tic CF imi Fox Piptazo ctx fep tcc amc caz cpo mox cpd atm

E.cloacae Phénotype2. Présence d ’une Céphalosporinase exprimée à haut niveau tic CF pip amx Fox Piptazo ctx imi fep tcc amc caz cpo mox cpd atm

Ce qui favorise l’émergence de résistance par mutations L’antibiotique: le taux de mutation élevé Un inoculum fort Mauvaise accessibilité du foyer infectieux à l’antibiotique (ou une posologie trop faible) Les défenses naturelles déficientes: mauvais drainage, 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

Mécanismes transferts génétiques Transformation ADN « libre » Transduction ADN transmis par phage Conjugaison Plasmides Transposons

Dissémination plasmides

Acquisition de plasmide: 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 digestive (réservoir) Repérable sur l’antibiogramme: synergie entre une béta-lactamine et un inhibiteur de béta-lactamase

Résistance par acquisition d’ADN étranger Acquisition de transposon ADN étranger acquis par transformation: S.pneumoniae de sensibilité diminuée à la pénicilline S.aureus et résistance à la méthicilline Les gènes acquis ainsi sont intégrés dans le chromosome, les bactéries en tirant un avantage sont sélectionnées sous la pression exercée par l’usage des antibiotiques.

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 PLP2a, de très faible affinité pour l’oxacilline et toutes les autres molécules de la famille (SARM)

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, D2: 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

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

Les différentes classes d’antibiotiques I. Pénicillines R1 N COOH O 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)

II. Céphalosporines III. Carbapénèmes et monobactams A. Céphalosporines 1er gén. B. Céphalosporines 2ème gén. C. Céphalosporines 3ème gén. R1 N R2 Les céphalosporines ont pour noyau commun l'acide 7-amino céphalosporanique. Résistance habituelle aux pénicillinases (C1g, C2g, C3g) et aux céphalosporinases de base (C3g). O COOH III. Carbapénèmes et monobactams C R1 R1 N O N COOH O Aztréonam Thienam 40

Associations pénicillines + inhibiteurs de béta-lactamases C-CH2OH Amoxicilline+ac.clavulanique Ticarcilline +ac.clavulanique C. Pipéracilline+tazobactam N COOH O Forte affinité pour les pénicillinases mais pas les céphalosporinases. Activité antibactérienne propre faible. 41

Indications cliniques des béta lactamines (exemples) A. penicillin V/ G 1. Angine bactérienne (Streptocoque groupe A) 2. Cellulite (Streptocoques, anaérobies) 3. Syphilis (Treponeme) 4. Endocardite à Streptocoque (associé aminoside) 5. 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

H. Céphalosporines 3éme génération 1. Pneumopathies nosocomiales à BGN 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. Pneumopathies nosocomiales à BGN 2. Bactérièmies (BGN) 3. Méningites 4. Infections à P.aeruginosa (Ceftazidime) 5. Maladie de Lyme (B.burgdorferi) 43

I. imipénème 1. Pneumopathies nosocomiales mixtes 2. Infections intra abdominales (Péritonites..) 3. Bactériémies 4. 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%) 44

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. 45

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

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 3-5j en raison toxicité rénale et auditive C. Tuberculose (Streptomycine ou amikacine en association avec autres antituberculeux)

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

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

Streptogramines Association de deux dérivés proches des macrolides, agissant en synergie. Ils inhibent la synthèse des protéines par fixation à la sous-unité 50S 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.

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 HIV- clarithromycin 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.

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

Oxazolidinones Mécanisme d’action: inhibe la synthèse des protéines 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 métiR de sensibilité réduite aux glycopeptides ou GISA)

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

Quinolones Mécanisme d’action 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

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

Acide fusidique Fosfomycine 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).

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

Sulfamides et Trimethoprime Mécanismes d’action 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, 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