background image

 

1

 

Antimicrobial chemotherapy  

    Drugs have been used for the treatment of infectious diseases since the 
17th  century  (e.g.  emetine  for  amebiasis);  however,  chemotherapy  as  a 
science began in the first decade of the 20th century with understanding 
of the principles of selective toxicity, the specific chemical relationships 
between  microbial  pathogens  and  drugs,  the  development  of  drug 
resistance, and the role of combined therapy.  

   The  development  of  antimicrobial  chemotherapy  began  in  1935  with 
the  discovery  of  the  sulfonamide.  In  1940,  it  was  demonstrated  that 
penicillin,  discovered  in  1929,  could  be  an  effective  therapeutic 
substance. During the next 25 years, research on chemotherapeutic agents 
centered largely around substances of microbial origin called antibiotics. 
The  isolation,  concentration,  purification,  and  mass  production  of 
penicillin  were  followed  by  the  development  of  streptomycin  , 
tetracyclines  and many other agents.  

1- Bacteriocidal drugs :- these have a rapid lethal action e.g. pencillins , 
cephalosporins & aminoglycosides .                            
2-  Bacteriostatic  drugs  :-  these  are  inhibit  the  division  i.e.  growth  of 
organism e.g. sulfonamides , tetracyclines & chloramphenicol .                                                                           
 
Range of action of antibiotics  
      Antibiotics fall into 3 main categories :-                                  
a – a ctive mainly against G

+ve

 organisms like : penicillin , erythromycin  

& lincomycin .                                                      
b – active mainly against G

-ve 

organisms like : polymyxin & nalidixic acid                                                                           

.  
c – active against both G

+ve 

& G

-ve 

organisms ( broad spectrum activity )  

like : ampicillin & ciprofloxacin .                                  
 
Mechanisms of action of chemotherapeutic agents 
  
      An ideal antimicrobial agent should have selective toxicity i.e. it can 
kill or inhibit the growth of a microorganism in concentration that are not 
harmful to the cells of the host . Disinfectants e.g. phenol and antiseptics 
e.g. alcohol & iodine , destroy bacteria but they are highly toxic to tissue 
cells & are unsuitable for use as chemotherapeutic agents .                             
      Thus , the mechanisms of action of a chemotherapeutics must depend 
on  the  inhibition  of  a  metabolic  channel  or  a  structure  present  in  the 
microbe but not in the host cells . several mechanisms are known :-                                                   
 


background image

 

2

 

1 – Inhibition of cell wall synthesis :-  
      Due  to  its  unique  structure  &  function  ,  the  bacterial  cell  wall  is  an 
ideal  point  of  attack  by  selective  toxic  agents  ,  such  as  ß-lactams  that 
include  penicillins  &  cephalosporins  interfere  with  cell  wall  synthesis   
and cause bacteriolysis .                          
2 – Inhibition of cytoplasmic membrane function :-  
      Some  antibiotics  cause  disruption  of  the  cytoplasmic  membrane  and 
leakage  of  cellular  proteins  &  nucleotides  leading  to  cell  death  ,  for 
example polymyxins.          
3 – Inhibition of protein synthesis :-  
      Many chemotherapeutic block protein synthesis by acting on the  30

or  50

s

  subunit  of  bacterial  ribosomes  such  as  :  tetracyclines  , 

erythromycin  and  aminoglycosides  e.g.  tobramycin  &  gentamycin    . 
Bacteria  have  70

s

  ribosome  while  mammalian  cells  have  80

ribosome  

the  composition  of  each  type  ,their  subunit  and  function  explain  why 
drugs can inhibit protein synthesis in bacteria but not in mammal .                          
4 – Inhibition of nucleic acid synthesis :-  
      These can act on any steps of the DNA replication or RNA synthesis 
e.g. quinolone , refampicin , novobiocin & sulfonamide . rifampen inhibit 
bacterial  growth  by  binding  to  DNA-dependent  RNA  polymerase  of 
bacteria  , thus it inhibit  RNA  synthesis  . While quinolones  inhibit  DNA 
synthesis by blocking of DNA gyrase.                                                              
5 – Competitive inhibition :-  
      In which the drugs compete with an essential metabolite for the same 
enzyme e.g. p – aminobenzoic acid  ( PABA  ) is an essential metabolite 
for many organisms because its precursor in folic acid synthesis which is 
used  in    nucleic  acid  synthesis  , sulfonamide  are  structural  analogues  to 
PABA  so  its  enter  in  the  reaction  in  place  of  PABA  &  compete  for  the 
active center of the enzyme thus inhibiting folic acid synthesis .                            
 


background image

 

3

 

 

 
Mechanisms of resistance to antimicrobial agents  
 
      In the treatment of infectious diseases , one of the serious problem is 
the  development  of  bacterial  resistance  to  the  antibiotic  used  .  The 
mechanisms by which the organism develop resistance may be one of the 
following :-                         
1 – The organism produced enzymes that destroy the drug e.g. production 
of  ß–lactamases  that  destroy  penicillin  by  penicillin  resistant 
staphylococci  &  acetyltransferase  which  produced  by  gram  negative 
bacilli to destroy chloramphenicol.                           
2 – The organism change its permeability to the drug  by modification of 
protein  in  the  outer  cell  membranes  ,  thus  impairing  its  active  transport 
into the cell e.g. resistance to polymyxins .                                                                                   
3  –  The  organism  develop  an  altered  receptor  site  for  the  drug  e.g. 
resistance  to  aminoglycosides  is  associated  with  alteration  of  a  specific 
protein in the 30

subunit of the bacterial ribosome that serve as a binding 

site in susceptible organisms .                    
4  –  The  organism  develop  an  altered  metabolic  pathway  that  by  passes 
the  reaction  inhibited  by  the  drug  e.g.  sulfonamide-resistant  bacteria 
acquire  the  ability  to  use  performed  folic  acid  with  no  need  for 
extracellular PABA .                                           
 


background image

 

4

 

Origin of resistance to antimicrobial agents  
 
      These mechanisms may be of non genetic or genetic origins: 
  
A – Non genetic drug resistance  :- this include  
1  –  Metabolic  inactivity  :-    Most  antimicrobial  agents  act  effectively 
only  on  replicating  cells  , non  multiplying  organisms  are  phenotypically 
resistant to drugs such as  M. tuberculosis which survive for years in  the 
tissues  &  their  resistance  is  due  to  metabolic  inactivity  but  if  they  start 
multiply  after  suppression  of  cellular  immunity  of  the  patient  ,  they 
become susceptible to the drugs .                                                                                     
2  –  Loss  of  target  structure  :-  Protoplast  or  L-forms  of  bacteria  are 
penicillin  resistant  because  they  lost  their  cell  wall  which  is  a  structural 
target site of the drug .                                                
3  –  Bacteria  may  infect  the  host  in  the  sites  where  antimicrobial  are  
exclude or not active. 
 
B – Genetic drug resistance :- this include                                 
1  –  Plasmid  mediated  resistance  :-  Plasmid  is  an  extra-chromosomal  
genetic  elements  associated  with  bacterial  resistance  to  antibiotics  , 
plasmids  frequently  carry  many  genes  that  code  for  the  production  of 
enzymes  that  inactivate  or  destroy  the  antibiotics  e.g.  ß-  lactamases  
which destroys the ß- lactam ring in penicillin & cephalosporin , plasmids 
may result in epidemic resistance among bacteria by moving from one to 
the other by conjugation , transduction or transformation .              
2 -  Transposon-mediated resistance  :- Many transposons carry genes 
that  code  for  drug  resistance  ,  as  they  move  between  plasmids  & 
chromosomes  they  can  transfer  this  property  to  bacteria    .  the  process 
called transposition .                                    
3  –  Chromosomal  drug  resistance  :-  This  develop  as  a  result  of 
spontaneous  mutation  in  a  genes  that  controls  susceptibility  to  an 
antimicrobial agents , the most common result of chromosomal mutation 
is  alteration  of  the  receptors  for  a  drug  .  For  example  :  streptomycin  
resistance  can  result  from  a  mutation  in  the  chromosomal  gene  that 
controls  the  receptor  for  streptomycin  located  in  the  30s

 

bacterial 

ribosome .                      
 
Complications of antibacterial chemotherapy  
 
1 – Development of drug resistance :-  
      This  is  one  of  the  most  serious  complications  of  chemotherapy  ,  the 
emergence  of  resistant  mutants  is  encouraged  by  inadequate  dosage  , 
prolonged  treatment  ,  the  presence  of  closed  focus  of  infection  and  the 


background image

 

5

 

abuse of antibiotics without in vitro susceptibility testing . The problem is 
more  serious  when  resistant  strain  develop  in  the  community  e.g.  in 
hospitals  its  common  to  find  that  about  90  %  of  Staphylococcus  aureus 
strains are resistant to penicillin .                                                   
2 – Drug toxicity :-  
      Many of antibacterial drugs have toxic side effects  , this can be due 
to the over dosage , prolonged use or narrow margin of selective toxicity 
e.g.  streptomycin  affect  on  the  8

th

  cranial  nerve  leading  to  deafness  , 

aminoglycosides  are  nephrotoxic  ,  tetracyclines  inhibit  growth  & 
development of the bones and teeth in the developing infants & children .                                            
3 – Super infection :-  
a  –  this  may  occur  by  pre-existing  resistance  strains  present  in  the 
environment e.g. penicillin resistance Staph. aureus in hospital infection .                                                                          
b – Another type of super infection is due to suppression of normal flora 
by the antibiotic used and their replacement with drug resistant organisms 
which  cause  disease  like  :  Candida  in  the  mouth  causing  oral  thrush  .                                                     
4 – Hypersensitivity :-  
      The drug may act as hapten , binds to tissue proteins and stimulates an 
immune response leading to tissue damage i.e hypersensitivity .                                                                             
      Any  type  of  hypersensitivity  reaction  can  occur  with  the  several 
antibiotics . the more serious is anaphylactic shock which may occur with 
penicillin & cephalosporins . Mild manifestations are urticaria , skin rash 
, diarrhea , vomiting and jaundice .                                                                                       
 
Chemoprophylaxis   
      Is  the  use  of  antimicrobial  agents  to  prevent  rather  than  to  treat  
infectious  diseases  .  The  following  are  principal  conditions  for    which 
prophylactic antibiotics are positively indicated :-  
 
1  –  The  use  of  benzathine  penicillin  G  injections  every  3-4  weeks  to 
prevent reinfection with Streptococcus pyogenes in rheumatic patients                                                                          
2 – A single large dose of amoxicillin given immediately prior to dental 
procedures is recommend for patients with congenital or rheumatic heart 
disease to prevent endocarditis .  
3  –  Rifampicin  600  mg  twice  a  day  for  2  days  give  to  the  exposed 
patients during epidemics of meningitis .                         
4 – Oral administration of tetracycline to prevent cholera .  
5  –  The  use  of  ampicillin  to  prevent  neonatal  sepsis  &  meningitis  in 
children born to mothers carrying group B streptococci in the vagina .                                                             
6 – Ceftriaxone to prevent gonorrhea .  
7 – Chemoprophylaxis in surgery . 
 
Clinical use of antibiotics                                       


background image

 

6

 

                                            
      The following principles should be observed :-                    
1 – Antibiotics should not be given for trivial infections .              
2 – They used for prophylaxis in  special conditions .                    
3  –  Treatment  should  be  based  on  a  clear  clinical  and  bacteriological 
diagnosis .                                                              
4 – Antibiotics for systemic treatment must be given in a full therapeutic 
doses for adequate period .                                          
5 – Combined therapy with two or more antibiotics is required for some 
conditions : -                                                                    
a – serious resistant infections such as meningitis .                           
b  –  Severe  mixed  infections  e.g.  peritonitis  following  perforation  of  the 
colon.  
 
 
 
 
 
                                                                  




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 86 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل