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 an 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- bactericidal drugs :- these have a rapid lethal action, e.g. penicillins, 
cephalosporins & aminoglycosides .                            
2- Bacteriostatic drugs: - these are inhibiting the division, i.e. growth of 
organism, e.g. sulfonamides , tetracyclines & chloramphenicol .                                                                           
 
Range of action of antibiotics  
      Antibiotics fall into 3 main categories :-                                  
a – active 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  chemotherapeutic  agent  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 inhibits 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 into 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 problems is 
the  development  of  bacterial  resistance  to  the  antibiotic  used  .  The 
mechanisms by which the organism develops 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  develops  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 is 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 to 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  is 
excluded 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  develops  as  a  result  of 
spontaneous  mutation  in  a  gene  that  controls  susceptibility  to  an 
antimicrobial agent , the most common result of chromosomal mutation is 
an  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 .                      

 
 
 
 
 
 

 


background image

 

5

 

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 
abuse of antibiotics without in vitro susceptibility testing . The problem is 
more  serious  when  resistant  strain  develops  in  the  community,  e.g.  in 
hospitals its common  finding 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  effect  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 most serious is anaphylactic shock which may occur with 
penicillin & cephalosporins . Mild manifestations are urticaria , skin rash , 
diarrhea , vomiting and jaundice .                                                                                       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 

6

 

Chemoprophylaxis   
      Is  the  use  of  antimicrobial  agents  to  prevent  rather  than  to  treat  
infectious diseases . The following are the 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                                       
                                            
      The following principles should be observed :-                    
1 – Antibiotics should not be given for viral 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: Ali Haider
المشاهدات: لقد قام عضو واحد فقط و 55 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