Inhibidores de la síntesis de la pared celular: fármacos específicos de bacitracina, vancomicina y micobacterias

Paredes de células bacterianas

El descubrimiento de la penicilina y cómo podría matar bacterias de forma selectiva sin dañar a los pacientes fue un gran avance en la década de 1940, y condujo a una disminución drástica en el número de personas que murieron por infecciones bacterianas. Finalmente, los científicos descubrieron que la penicilina mata a las bacterias al inhibir la síntesis de su pared celular. En otras palabras, evita que las bacterias formen una pared exterior fuerte y correctamente formada. Hoy en día, existen muchos otros antibióticos además de la penicilina que también se dirigen a la pared celular bacteriana. En esta lección, aprenderemos sobre algunos de estos antibióticos y cómo funcionan.

Repasemos rápidamente qué es la pared celular bacteriana y por qué es importante. Las paredes de las células bacterianas son estructuras resistentes y rígidas que forman una capa externa protectora alrededor de la célula bacteriana y las ayudan a resistir los efectos de la ósmosis. Recuerde que la ósmosis es la tendencia del agua a fluir a través de una membrana para equilibrar el número de moléculas de soluto en cada lado. Sin una pared celular intacta, las bacterias estallarían y morirían debido al estrés osmótico.

Diferentes bacterias tienen diferentes estructuras de pared celular, al igual que el exterior de los edificios puede tener muchos diseños diferentes, pero aún así cumplen los mismos propósitos, es decir, mantener el exterior separado del interior y proteger a los habitantes de un entorno que a veces es hostil. Veamos brevemente tres tipos principales de paredes celulares bacterianas.

La pared celular grampositiva tiene una capa gruesa de peptidoglicano , que es una molécula compuesta de azúcares y polipéptidos que forma una estructura en forma de malla. La pared celular Gram-negativa también tiene peptidoglicano, pero una capa mucho más delgada que está intercalada entre no una, sino dos membranas plasmáticas. Por último, la pared celular de las micobacterias tiene una sola membrana plasmática, una capa delgada de peptidoglicano y una capa de ácidos micólicos , que son lípidos especiales exclusivos de las micobacterias.

Inhibición de la síntesis de peptidoglicanos

Entonces, sabemos qué son las paredes celulares y sabemos que son importantes para la supervivencia bacteriana. También es importante saber que nuestras propias células no tienen paredes celulares. Por lo tanto, son un objetivo específico muy bueno para un antibiótico. ¿Qué tienen en común todas las paredes celulares bacterianas? Lo has adivinado, una capa de peptidoglicano. Muchos antibióticos diferentes funcionan evitando que las bacterias produzcan peptidoglicano. Esto es especialmente importante cuando las bacterias se están dividiendo, porque necesitan un nuevo material de pared celular para la nueva célula que se está formando.

Cuando la bacteria comienza a replicarse, primero se alarga hasta aproximadamente el doble de su tamaño normal. Mientras esto sucede, se produce más peptidoglicano para compensar el área de superficie adicional. Pero cuando estos antibióticos están presentes, el peptidoglicano no puede reticularse adecuadamente, por lo que la pared celular es muy débil en algunos lugares. Con el tiempo, se acumula suficiente presión osmótica para que la bacteria explote y muera. Eso significa que todos estos antibióticos que inhiben la síntesis de peptidoglicanos son bactericidas porque matan directamente a las bacterias.

Veamos algunos antibióticos específicos y cómo atacan al peptidoglicano. Primero, las cefalosporinas ; estos son antibióticos naturales producidos por un moho llamado cefalosporio, al igual que la penicilina es producida por mohos penicillium. Al igual que la penicilina, inhiben la reticulación del peptidoglicano. Estos fármacos tienen una estructura bastante similar a la penicilina , con un anillo betalactámico que es necesario para su actividad. Sin embargo, tienen un anillo vecino diferente. Esto significa que las cefalosporinas no son destruidas por las betalactamasas que secretan las bacterias resistentes a la penicilina.

Sin embargo, las cefalosporinas no son inmunes a la resistencia a los antibióticos; hay otras betalactamasas que se dirigen específicamente a las cefalosporinas. Pequeños bichos furtivos. Finalmente, al igual que las penicilinas, las cefalosporinas funcionan mejor contra las bacterias grampositivas porque no hay una membrana externa que tengan que cruzar. Sin embargo, las cefalosporinas son eficaces contra más bacterias Gram negativas que las penicilinas naturales.

La bacitracina es muy diferente a las penicilinas y cefalosporinas, pero aún inhibe la síntesis de peptidoglicanos. Es un antibiótico polipeptídico derivado de una bacteria Bacillus que se encuentra en la herida de una niña llamada Tracy. Así es como obtuvo su nombre. La bacitracina inhibe la síntesis de peptidoglicanos en un paso más temprano que las penicilinas y cefalosporinas. Inhibe la síntesis de las cadenas lineales de NAG y NAM, dos azúcares que constituyen la mayor parte de la matriz de peptidoglicano.

La bacitracina también funciona mejor contra organismos grampositivos. Solo se usa tópicamente en pequeñas regiones del cuerpo. Por ejemplo, en cremas que usas en casa para esterilizar pequeñas heridas. Eso es porque tiene problemas de toxicidad si se toma de forma sistémica, es decir, si el fármaco se distribuye por todo el organismo.

El siguiente fármaco, la vancomicina , es un antibiótico glucopéptido producido por la bacteria Streptomyces . Evita que NAG y NAM se incorporen a la matriz de peptidoglicano. Al igual que otros inhibidores de la síntesis de la pared celular, la vancomicina tiene un rango de actividad estrecho porque no puede penetrar bien en las bacterias Gram negativas. Sin embargo, ha sido muy importante para combatir los patógenos resistentes a los medicamentos, como el SARM o el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina , sobre los que puede aprender en otra lección. Ahora, las bacterias incluso se están volviendo resistentes a este importante medicamento, por lo que los médicos ya no pueden depender de él como último recurso.

Fármacos específicos de micobacterias

Recuerde que las micobacterias tienen una pared celular diferente a la de la mayoría de las otras bacterias porque su pared celular contiene ácidos micólicos. Echemos un vistazo a dos antibióticos que inhiben específicamente las micobacterias, como las que causan la tuberculosis y la lepra, al dirigirse a los ácidos micólicos.

La isoniazida es un antibiótico bactericida sintético que inhibe la síntesis de ácidos micólicos. Es importante destacar que la isoniazida puede penetrar bien en las células y los tejidos. Esto es crucial para cualquier medicamento que se use para tratar micobacterias, ya que son bacterias intracelulares obligadas, lo que significa que viven dentro de las células huésped. Cualquier antibiótico que quiera llegar a ellos también debe atravesar las membranas de la célula huésped.

El etambutol es otro fármaco antimicobacteriano. Inhibe la incorporación de ácidos micólicos a la pared celular micobacteriana. Es un antibiótico relativamente débil y bacteriostático a menos que se administre en dosis altas. Por lo general, se usa en combinación con medicamentos más fuertes, como isoniazida, para evitar el desarrollo de resistencia a los antibióticos contra los medicamentos más fuertes.

Resumen de la lección

En esta lección, hemos aprendido sobre varios tipos de antibióticos que inhiben la síntesis de la pared celular bacteriana. Las cefalosporinas son antibióticos que tienen una estructura similar a la penicilina e inhiben la reticulación del peptidoglicano . Al igual que la penicilina, tienen un anillo betalactámico, pero las betalactamasas que destruyen la penicilina no funcionan contra las cefalosporinas. Sin embargo, existen otras betalactamasas que sí destruyen las cefalosporinas. La bacitracina es un antibiótico que se usa en cremas antibióticas tópicas. Inhibe la síntesis de las cadenas lineales de NAG y NAM que constituyen la mayor parte de la matriz de peptidoglicano.

La vancomicina también se dirige a las hebras lineales de peptidoglicano. Evita que NAG y NAM se incorporen a la matriz de peptidoglicano. La vancomicina ha sido muy importante en la lucha contra patógenos resistentes a múltiples fármacos como MRSA o Staphylococcus aureus resistente a meticilina . Sin embargo, la aparición de bacterias resistentes a la vancomicina significa que los médicos ya no pueden depender de ellas como último recurso. La isoniazida y el etambutol son dos fármacos que se dirigen específicamente a la pared celular de las micobacterias. La isoniazida previene la síntesis de ácidos micólicosy etambutol inhibe la incorporación de ácidos micólicos en la pared celular. Estos medicamentos han sido muy importantes en el tratamiento de la tuberculosis, que todavía es muy frecuente en muchas partes del mundo.

Los resultados del aprendizaje

Después de completar esta lección en video, debería poder:

• Describir la composición de las paredes celulares bacterianas.
• Reconocer la importancia de la penicilina, que mata las bacterias malas y deja células sanas.
• Identificar la variedad de fármacos que provocan la inhibición de la síntesis de peptidoglicanos.
• Detallar los medicamentos específicos para micobacterias para la tuberculosis y la liprosia.