ANTIBIOTIKUMOK Antibiózis: egyik élőlény tevékenysége károsítja a másikat (+,-; 0,-) Ellentéte a szimbiózis: élőlények együttműködése, mindkettőnek előnyös (+,+). Viullemin definiálta (1889) Antibiotikumok: a mikroorganizmusok életfolyamatait gátló vegyületek, amelyeket a hatásos koncentrációban a gazdaszervezet károsodás nélkül elvisel. -antibiotikum: ha mikroorganizmus termeli; kemoterápiás szer: ha szintetikus (Itt csak az antibiotikumokról lesz szó.) Az antibiotikumok, tehát, mikroorganizmusok által termelt szekunder metabolitok, melyek más mikroorganizmusokat elpusztítanak, vagy gátolják fejlődésüket. A másodlagos anyagcseretermékek termelése nem kapcsolódik közvetlenül a sejt energia és anyagtermeléséhez, a tenyésztés későbbi szakaszában fordul elő (sokszor kedvezőtlen környezetváltozás hatására indul be a termelődése: eltolt ph, kellemetlen anyagcseretermék felhalmozódása stb., ha a szokványos anyagcsereutak nem működnek rendesen. Termelésük sokszor értelmetlennek tűnik: lehet pl. nyálkaanyag, toxin, pigment, tokanyagok, antibiotikumok. A szekunder metabolizmus beindulását segíti, ha kis mennyiségű vagy nehezen hozzáférhető a mikroorganizmus számára a szénforrás (a bőséges szénforrás az elsődleges anyagcserét pörgeti fel), és ha a nitrogénforrás szerves eredetű (szójaliszt, kukoricalekvár), és fed batch-el folyamatosan alacsony szinten, tartják (a sok N a növekedésnek kedvez, az ammónium-sók pedig gátolják a termékképződést). Szervetlen foszfát jelenlétében a szekunder metabolizmus nem kezdődik el, ezért annyit adnak a tenyészethez, amennyi a mikrobák szaporodásához szükséges, és elfogy, mire elérte a kívánt sejtszámot és a másodlagos anyagcsere beindulhat. Antibiotikumok felhasználása -Humán gyógyászatban: mikrobiális fertőzések gyógyítására; citosztatikumok (rákellenes antibiotikumok) -Állatgyógyászatban; állattenyésztésben takarmányadalékként (csökkenti a fiatalkori elhullást, jobban hasznosul a takarmány) -Kutatás (biokémia, mikrobiológia): szelektív inhibitor -Élelmiszeripar: konzerválás Csoportosításuk -kémiai szerkezet -hatásmechanizmus -hatásspektrum -bioszintézis út -orvosi alkalmazás szerint (Itt támadáspont (hatásmechanizmus) és kémiai szerkezet szerint tárgyaljuk őket.) Hatásmechanizmus szerint az antibiotikumok lehetnek -sejtfalszintézist gátlók (penicillin, bacitracin, vankomicin) -fehérjeszintézist gátlók (tetraciklin, sztreptomicin, eritromicin) -sejtmembránra hatók (poliének, ciklopeptidek) -DNS-függő RNS-polimerázra ható -DNS-replikációra ható.
I. Sejtfalszintézist gátló antibiotikumok β-laktám vázas antibiotikumok (penicillin csoport) 6-amino-penicillánsav (6-APS, 6-APA) A szerkezet gyakorlatilag két aminosavból áll : Cys + Val Az oldallánc szerint sokféle molekula tartozik ide, pl. G-penicillin, V-penicillin, ampicillin stb. Penicillin A penicillin story Fleming, 1929 Penicillium notatum Tisztítás, izolálás, azonosítás nehezen ment. 1940 - hadianyaggá válik 1943 - klinikai kipróbálás -felületi tenyészet, Penicillium chrysogenum 1944 2,5t -szubmerz tenyészet, mutációs törzsjavítás 1946-32t 1952 Magyarországon is, GYOKI 1980-30000 t/év; Magyarországon: 100-200 t/év A penicillin tulajdonságai Színtelen anyag, UV-fényt nem nyeli el, mert nincsen benne aromás gyűrű vagy kettős kötés rendszer. Négy asszimetria centruma van. Vízoldhatósága a ph-tól (azaz a molekula ionizáltságától) függ. Sóképzésre hajlamos (alkáli sóit forgalmazzák). Hőérzékeny, ill. savra, lúgra, enzimekre bomlékony a feszített négytagú gyűrű sérülékenysége miatt. Analitikai reakciók - jodometriásan (7-8 jód/molekula) - Fe-ionokkal + hidrazinnal színes komplex Biológiai egység: 1 nemzetközi egység (IU) 50 ml standardizált tápoldatban meggátolja egy adott Staphylococcus törzs szaporodását, 1IU = 0.6 g G-penicillin Na-sója (Előbb vizsgálták a penicillin hatékonyságát, minthogy a szerkezetét sikerült volna felderíteni, ezért vezették be a nemzetközi egységet.) G-penicillin / benzil-penicillin Az oldallánc: fenilecetsav Ez az alapmolekula, ebből gyártják a többit. Négy asszimetria centruma miatt a szerves szintetikus szintézise drága volna, ezért fermentációval állítják elő. Savra érzékeny molekula, ezért szájon át nem, vagy csak saválló, bélben oldódó kapszulában adható. (A V-penicillin ellenállóbb, savra kevésbé érzékeny.)
Bioszintézis 3 aminosavból alakul ki egy tripeptid: -a-nh 2 -adipinsavból (Lys bioszintézisének köztiterméke), (a-aaa), mely a folyamat végén felszabadul és visszakerül a folyamat elejére - L-ciszteinből - L-valinból Az ACV -tripeptid több lépéses gyűrűátrendeződésen megy át, amíg kialakul a b-laktámgyűrű (ez az izopenicillin-n), majd egy oldallánccsere során az a-aaa lecserélődik valami másra, pl. fenil-ecetsavra, így alakul ki a végső molekula (ebben az esetben G-penicillin.) Az antibiotikumok gyártása során két fejlesztési irány van: az egyik a törzsmunka (biológia), a másik a technológiai munka (mérnöki). Az előbbi feladata a törzs tűrőképességének, termelőképességének javítása, a genetikai állomány fenntartása (bármilyen spontán változás ellenük hatna, mert ezek érzékeny sok mutáción átesett törzsek, nem egyensúlyi állapotúak), állandó szelekció (törzsmutáció). A mérnöki feladat az adott genetikai potenciálú törzsből a maximumot kihozni: pl. fermentáció módja (felületi/ szubmerz), prekurzor alkalmazása, tápoldat optimalizálása, anyagcsere-mérnökség, körülmények szabályozása (ph, T, levegőztetés, cukorlimit, C/N, fémionok stb.) A kétféle munka egymást támogatja, egyformán fontos. Technológia: -törzsfenntartás -inokulum -főfermentáció: - fed batch ; vágás kb 80000 Iu/ml ~ 5%-os oldat -feldolgozás: -extrakció: savban, de ott erősen bomlik. Törzsnemesítés Célja a hozamnövekedés, fermentációs és feldolgozási kritériumok szerinti hatékonyságnövelés, az eredeti pigment-termelés megszüntetése (ez is szekunder metabolit, a down stream során egy plusz lépés az eltávolítása.) Eszközök: a hagyományos mutációs-szelekciós módszer (a génmanipuláció szinte lehetetlen), fermentációs paraméterek, tápoldat optimalizálás. Fermentáció Két szakaszos, jellegzetes szekunder metabolit fermentáció: I. Az első szakaszban a sejtszaporítás történik, ezalatt intenzív a levegőztetés, bőséges a tápanyagellátás, kb. 40 óra II. A második szakaszban, a termelő fázisban, többszörös a tápanyaglimit, kb. 120-140 óra Szénforrás: apránként adagolt glükóz (adagolás az oldott-oxigén szint alapján), de régebben laktózt és keményítőt is használtak. Nitrogén-forrás: szerves N, állandó szintje fontos, ezért apránként adagolják, pl. kukoricalekvár (CSL), szójadara, húsliszt. Foszfor-forrás: foszfátként adják a tápoldathoz; ha elfogy, csak akkor indul be a termékképződés. Prekurzor: mérések alapján adagolják (pl. fenil-ecetsav: 2-4 g/l, ha alacsony a koncentrációja, a szintézis lelassul, ha túl magas, akkor a tenyészet elpusztulhat).
Feldolgozás A kulcslépés az extrakció. A penicillin gyenge sav, szerves oldószerekben való oldhatósága az ionizáció mértékétől függ: ha a disszociáció visszaszorul, elveszti a hidrátburkát, így jól oldódik szerves oldószerekben. Erősebb sav (H 2 SO 4 ) hozzáadásával a disszociáció visszaszorítható, de a penicillin nagyon bomlékony. A megoldás a hűtés, és a kontaktidő lerövidítése, így a bomlási reakció lelassul. Kis méretű, folytonos reaktorba teszik a kénsavat, a szerves oldószert és a fermentlét, majd kevesebb, mint 1 perc után szeparátor centrifugával gyors elválasztás következik, így a sav és a penicillint tartalmazó szerves oldószer csak rövid ideig érintkeznek. Az extraháló oldószerek ne lehetnek túl apolárisak: pl. észterek: butilacetát, amilacetát. Reextrakció: semleges vizes fázisba visszaoldják a penicillint. Kristályosítás: kálium- vagy nátriumsó formájában. Az pigmenteket aktív szénnel távolítják el. Félszintetikus penicillinek Előállításuk: 6-amino-penicillánsavon keresztül, oldallánc cserével. A 6-APA előállítása lehetséges G-penicillin enzimes bontásával, direkt fermentációval (kifejlesztettek 6-APA-t gyártó törzseket) vagy kémiai bontással. A 6-APA a penicillinnél bomlékonyabb, tárolás közben polimerizálhat, ill. a levegő CO 2 -jával is reakcióba lép. Az acilezés történhet savval vagy savszármazékkal, enzimes vagy kémiai úton. Az enzimes úton ugyanaz az enzim szakítja le a fenilecetsavat, ami utána ráköt valamilyen más csoportot. (penicillin amidáz/aciláz) Az oldallánc a félszintetikus penicillin tulajdonságait erősen befolyásolja. Elektronszívó csoportokkal a savamid kötést védeni lehet, ezáltal a molekula savállóbb, mint az eredeti G- penicillin. Sztérikus védőcsoportokkal a penicillináz rezisztencia növelhető. A hatásspektrum változtatható az oldalcsoportok megválasztásával (-NH 2, -COOH, észter csoportok) Félszintetikus penicillinek: ampicillin (széles spektrumú, savtűrő), amoxicillin (széles spektrumú), carbenicillin (széles spektrumú). A nevekben az am- előtag az odalcsoporton található -NH 2, a carben- a COO - csoportra utal. Hatásmód A penicillinek a sejtfalszintézist gátló antibiotikumok, ezért csak a szaporodó baktériumokat pusztítja el, a nyugvó sejteket nem ( szelekciót tesz lehetővé.) A protoplasztok szintén túlélik a penicillines kezelést, mert eleve nincs sejtfaluk (legfeljebb nem tudnak újat növeszteni, amire egyébként hajlamosak volnának). A bakteriális sejtfal szerkezete: monomerek: AGA = acetil-glükózamin AM = acetilmurámsav Az AM-AGA-AM-AGA- láncokhoz aminosavak kapcsolódnak, térhálósodik a szerkezet. Az aminosavlánc vége két D-alaninból áll, ezek szerkezeti analógja a penicillin, helyükre tud irreverzibilisen (kovalensen) kötődni a transzpeptidáz enzimre, aminek eredményeként a falszintézis leáll (a sejtből a molekulák kiáramlanak). A penicillin orvosi tulajdonságai : A klasszikus penicillin elsősorban a Gram+ baktériumok ellen hatékony, szélesebb spektrumúak a modern félszintetikus származékok (Ampicillin, Carbenicillin).
Rezisztencia: fokozatosan alakul ki, generációról generációra, egyre rezisztensebbek Ez a penicillin típusú rezisztencia. A rezisztencia módja: a penicillin nem jut be a sejtbe, vagy a baktérium ß-laktamázt termel, ami elbontja a penicillint. Bevitel: a savérzékenyek szájon át nem adhatóak vagy csak saválló kapcsulában, a többi bárhogyan a szervezetbe juttatható. Kiürülés a vesén át, gyenge sav transzport, 85-95%. Penicillin-érzékenység: Régen a szennyezések miatt alakult ki, mert nem tisztították meg rendesen a penicillint. Ma valódi allergia alakulhat ki (haptének). (Immunválaszt általában makromolekulák váltanak ki (fehérje, poliszacharid), de ha egy allergiát kiváltó makromolekulára egy kisebb molekula is rákapcsolódik, a szervezet legközelebb a kis molekulát önmagában is allergénként ismeri fel, az immunválasz működni kezd ellene. Ezek a kis molekulák a haptének.) További ß-laktám vázas antibiotikumok Cephalosporinok A Cephalosporinok a β-laktám vázas sejtfalszintézist gátló antibiotikumok közé tartoznak. Rokon vegyületei a penicillineknek, az első antibiotikumoknak. Széles hatásspektrumuk és atoxicitásuk miatt nagy népszerűségre tettek szert: magas áruk ellenére világszerte mind a kórházi, mind a járóbeteg ellátásban a legelterjedtebben használt antibiotikumok közé tartoznak (főleg a félszintetikus származékok). Brotzu (1948), Cefalosporium acremonium (7-amino-cefémsav, alapváz: 7-amino-cefalosporánsav (7-ACA)) A két oldallánctól függően különböző vegyületek: R = α-amino-adipinsav, X=CH 2 OAc -CephalosporinC R = fenil-glicin, X=CH 2 OAc -Cephalexin Négy generációban közel ötven félszintetikus molekula létezik. (A generációk a hatásspektrumban és a különböző bontóenzimekkel szembeni rezisztenciában térnek el egymástól.) Előállítás Analóg a penicillin előállításával: C. acremoniummal cefalosporin-c fermentáció, ebből oldallánc cserével félszintetikus származékokat állítanak elő. Létezik kémiai eljárás is: V-penicillinből háromlépéses gyűrűtágítással (5 tagúból 6 tagú) cefémsavat állítanak elő, majd ezt követi az oldallánc csere. Tulajdonságok -Stabilabb vegyületek, mint a penicillin, mert a 6-tagú gyűrű kevésbé feszített. -uk szélesebb a penicillinénél. -Sok penicillinázra rezisztensek, de vannak egyéb β-laktamázok, melyek specifikusan ezt bontják.
Bioszintézis Megegyezik a penicillinével, tehát aminosavakból épül fel, azonban itt nincs a végén savcsere. (αaaa, Cys, Val) Anyagcsere-szabályozás -Szénforrás: (mint a penicillinnél:) katabolit represszió: nehezen bontható cukrok, illetve szabályozott glükóz adagolás jellemző. -Nitrogén- és foszforszint alacsonyan tartása, szabályozása, vagy MgO adagolás MgNH 4 PO 4, rosszul oldódó só (így állandó a P koncentráció az oldhatóságnak megfelelően) -Cys prekurzor: lizálja a sejteket, ezért inkább tioszulfát, erre rezisztens mutánsok alkalmazása ( a kén bevitele szervetlen úton is megoldható). -αaaa prekurzor: drága, inkább Lys, vagy kadáverin (lizin dekarboxilezésével keletkező biogén amin) -amino-donorok: 1,3-diamino propán, dimetil-formamid A cefalosporinok előállítása kémiailag is megoldható, az alapmolekula stabilabb, a köztitermék 7-ACS, melyből a 7. és 3. szénatomon történő oldallánc cserével sokféle félszintetikus termék képezhető. A sejtfalszintézisre hatnak, mint a penicillin, de szélesebb a hatásspektrumuk, és hosszabb a tartózkodási és felezési idejük (átlag 60 perc). Ma már a 4. generációnál tartanak. I. generációs cefalosporin: Cephalosporin P, Penicillin N, Cephalosporin C, Ceaphalotin (Keflin), Cephaloridin (Ceporin), Cephaloglicin II. generációs cefalosporin: Cephradrin (Velosef), Cephuroxim (Zinacef, Zinnat) III. generációs cefalosporin: Cephotaxim (Claforan) IV. generációs cefalosporin: Cefpirom, Cefepim Farmakokinetika Szájon át adva jól felszívódnak, a szérumban, légutakban, vizeletben a terápiás szintet elérik. Intravénásan, néha intramuszkulárisan is adják. II. Fehérjeszintézist gátló antibiotikumok 1. Aminoglikozid antibiotikumok Szerkezetük Aminocsoportokkal szubsztituált cukrok, ill.van benük pseudocukor is (inozit származék: nincs a gyűrűben oxigén, ciklohexán váz OH csoportokkal) Tulajdonságok: -A sok OH és -NH 2 csoportnak köszönhetően vízben jól oldódnak -Sóképzésre hajlamosak: kationos jellegű (szulfát-sóként hozzák forgalomba) -Nincs UV-elnyelés, mivel nem tartalmaznak aromás vagy konjugált kettős kötés rendszereket. -Stabil, ellenálló molekulák, mert nincsenek bennük feszített gyűrűk, reaktív csoportok.
-A rezisztencia hirtelen alakul ki, mivel egy plazmid jelenik meg a mikroorganizmusban, ami a rezisztencia gént hordozza, és ez vagy ott van vagy nincs. Ez a sztreptomicin típusú rezisztencia. A rezisztencia stabil, mert az enzim nem elbont, hanem származékot képez, az OH, stb., csoportokra rákapcsol valamit, amitől az antibiotikum elveszti funkcióját. -Toxicitás: a vesében és a belső fülben felhalmozódhat, így károsítja őket. (A felhalmozódás oka: az apoláros molekula átjuthat a membránokon, de savas helyre jutva (amilyen a vese és a belső fül) ionizálódik, és csapdába esik, nem tud továbbvándorolni.) Sztreptomicin Ma már kevésbé használják, de ez volt az alapmolekula Waksman (1944), célzott kutatás TBC ellenes metabolitra. Streptomyces griseus termelte, ez volt az első hatékony szer a tuberkulózis ellen. Szerkezet N-metil-glükózamin + sztreptóz + sztreptidin Bioszintézis Részenként történik, a cukoranyagcseréből glükózamin, inozit. Előállítás Fermentációval. Tipikus szekunder metabolit, előbb szaporítani kell a sejteket, majd elkezdhető a termeltetés. Kulcslépése a kationcsere. Hatásmód A prokaróta riboszóma kisebb alegységén (30S) gátolja a fehérjeszintézist, az S12 fehérjéhez kötődik. ( Rezisztenciát hordoz: ha az S12 fehérje megváltozik, a riboszóma rezisztens lesz.) A hatás koncentrációfüggő: -kis koncentráció: a fehérjeszintézis lelassul és hibás -közepes koncentráció: a 70S riboszóma nem disszociál, a kész lánc nem válik le -magas koncentráció: a láncindítás gátolt Gram-, M. tuberculosis, coccus-ok Rezisztencia -a riboszóma s12 fehérje nem köti a molekulát -enzimesen: származékok képzése ( -3" adenilezés, -3" foszfatáz; -3',6 difoszfatáz, -6 foszfatáz -egylépcsős, sztreptomicin típusú rezisztencia Farmakokinetika -felszívódás emésztőcsatornából: rossz, mert túl nagy a molekula (monoszacharidok tudnak csak felszívódni) injekció formájában adják, felezési ideje 2,5 óra -kötődés plazmafehérjékhez: 20-30 % (gyógyszerhatás szempontjából csak a szabad molekulák számítanak, de raktárnak jó a plazmafehérjéhez kötődés.) -metabolizmus: gyakorlatilag nincs
-vizelettel ürül 50-60 % (vízben oldódik) Adagolás: 0,7-1,5 g/nap, parenterálisan (nagy mennyiséget kell bevinni, ezért toxikus) Toxicitás: belső fül (hallás, egyensúlyzavar), vesekárosító Neomicin A sztreptomicin csoport tagja. Walksman 1940-ben találta meg először Str. fradiae törzsben, több komponens. (Sok hasonló szerkezetű alkotó, melyek egymástól a cukrokban különböznek.) Szerkezete Sok a sztreptomocinnel való hasonlóság: inozid gyűrű (2dezoxi-szteptamin), két neózamin gyűrű és egy ribóz alkotja. C-neózamin + ribóz + 2dezoxi-szteptamin + C-neózamin (C-neózamin+ribóz = neobiózamin 2dezoxi-szteptamin + c-neózamin = neamin) Tulajdonságai: -Vízben jól oldódik, sóképzésre hajlamos (6 db NH 2 csoport), szulfát só formájában jól kristályosítható. -Kémiai lebontása metanollal és savas hidrolízissel lehetséges. -Stabil molekula, autoklávozható, sokáig eltartható, nem bomlik. (Nehéz volt a szerkezet felderítése a stabilitása miatt.) Előállítása Fermentációval. Feldolgozása: ioncsere, sóképzés Hatásmód Mint minden aminoglikozid antibiotikum, ez is a fehérjetermelést gátolja. A riboszóma kis (30S) alegysége a támadáspontja. (Máshol, mint a sztreptomicin). A riboszómák számánál kevesebb antibiotikum molekula is elég, nem sztöchiometrikus a gátlás. Gram baktériumok ellen hat. Kinetika Rossz a felszívódása a bélcsatornából, ezért csak műtét előtti bélflóra eliminálásra használják, vagy külsőleg (pl. szemcseppben) alkalmazzák a toxicitása miatt. Toxicitás A sztreptomicinhez hasonlóan a belső fület és a vesét károsítja. Rezisztencia A sok lelógó csoport miatt 10 helyen támadható enzimesen: NH 2 csoportok acilezhetőek, - OH foszforilezhető, adenilezhető.
Gentamicin Weinstein, 1958, Micromonospora purpurea Kevesebb funkciós csoportja van. A Micromonospora fermentációs lében kb. húszféle gentamicin komponens található (gentamicin A, B, C további alcsoportok: C 1, C 2 C 1a stb.). Gyógyszerként a gentamicin C 1a t alkalmazzák. Tulajdonságok Hasonlóak a korábbi sztreptomicin-rokonokhoz. (Vízoldható, stabil.) Előállítás Fermentációval. A komponensarány befolyásolható a levegőztetés intenzitásának változtatásával. (Ez azért érdekes, mert nem oxidációs reakciók során képződnek, így nincs közvetlen kapcsolat a levegőztetéssel.) Feldolgozás: ioncsere, sóképzés. Hatásmód: A 30S riboszómán, közel azonos támadáspont a többi aminoglikoziddal. Sok masszív patogén mikroorganizmus ellen hatásos antibiotikum: Gram-, Pseudomonas, Staphylococcus, Aerobacter, Klebsiella, Streptococcus, Proteus, Escherichia, Mycobacterium törzsek ellen. Rezisztencia: Ritkább, mert kevesebb inaktiválási pont van (csak 4), nincs olyan -OH, amit foszforilezni vagy adenilezni lehetne (kopasz cukrok). Részleges keresztrezisztencia a sztreptomicin csoporttal. Kinetika Orálisan adva alig szívódik fel. Izomba adva gyors a felszívódása, 25-30% kötődik. Kiürülése is gyors, a vesén keresztül történik. Toxicitása Fülre, vesére káros lehet, de mivel kisebb koncentrációban hatásos, kevésbé toxikus, mint a többi aminglikozid antibiotikum. Alkalmazása Urogenitális fertőzésekre (alacsonyabb ph-jú helyeken jobban felgyűlik), égési sérülések fertőzése ellen, kórházi (polirezisztens) törzsek ellen. Tobramicin Előbb állították elő félszintetikusan kanamicinből ( sztreptomicinhez hasonló szerkezetű aminoglikozid antibiotikum), csak később izolálták fermentléből. Viszonylag új antibiotikum.
Elállítás -Fermentációval - tobramicinre célzottan izolált Str. tenebrarius -Szintetikus úton kanamicinból (Amíg még szabadalmi védettség alatt volt, a magas ára miatt hamisították) 2. Tetraciklinek Szerkezet Négy gyűrű alkotja, ezek közül csak egy aromás. Csaknem sík szerkezetű. A gyűrűkön lévő szubsztituensektől függően: klórtetraciklin (CTC), tetraciklin (TC), oxitetraciklin (OTC), dimetilklór-tetraciklin (DMCTC). A biológiai aktivitásához minden csoportra szüksége van, egyedül a savamid szubsztituálható (pirrolidino-metil). Tulajdonságok -vízoldható (-OH-csoportok H-hidak) -ikerionos, 3 disszociációs lépcső, 3pK -kelátképző (Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+ ) tej(ca 2+ ); csontelszíneződés : csontban kötött kalciummal is kelátot képez, fogelszíneződést okozhat. -bomlékony a sok kettős kötés miatt: pl. sav hatására (gyomorban) -UV fényben elnyel az aromás gyűrű miatt. -Színe sárga a sok konjugált kettős kötés miatt Hatásmód Riboszomális fehérjeképzést gátolja, de a 70S alegységen, nem a 30S-en. Az aminoacil trns kötődését gátolja. Széles: Gram+, Gram-, nagy vírusok, átmeneti törzsek (mikoplazmák, rickettsiák, miyagavanellák). Széles hatásspektruma miatt életmentő antibiotikum. Farmakokinetika Szájon át rossz a felszívódása (15-30% elbomlik az emésztőcsatornában). 2-4 órával a beadás után éri el a hatásmaximumot, felezési ideje 5-8 óra. A vesén át ürül ki a szervezetből. Mellékhatások: -Bélflórát szelektálja, ez vitaminhiányt okoz élőflórás tejterméket (élesztők) kell enni szedésekor. -Májkárosodást okozhat (veseelégtelenség esetén). -Fotodermatózis: szedésekor a bőr könnyen leég. -Fogak elszíneződését okozza terhesség alatt vagy gyermekeknek fogzáskor nem adják. Rezisztencia Ritka, de ma már előfordul. Keresztrezisztencia csak a tetraciklinek között lehetséges. (Lassan kialakuló, penicillin-típusú rezisztencia.) Tetraciklinek bioszintézise Poliketid típusú bioszintézis: nem megy végig a redukció, valamelyik lépésnél megáll, ez lesz a molekula végleges szerkezete.
Indítás: malonil-amid, + 8 malonil-s-coa több lépésben négyes gyűrűvé záródik, ketoenol átrendeződések során aromás gyűrűk jönnek létre. Előállítás -fermentációs úton (sok törzs termeli); Létezik szintézis is, de az 18 lépésből áll. A feldolgozás az érdekes: -savanyítás oxálsavval, -kicsapás cetil-piridinum-bromiddal (Sterogenol: invert szappan, fertőtlenítőszer), -visszaoldás, -kristályosítás (sósavas MeOH ) Klórtetraciklin, CTC, aureomicin 1948, Duggar, Streptomyces aureofaciens. Azóta sok más törzset találtak, ami termeli. Tulajdonságok - HCl ja fénylő, sárga kristályos - bomlékony, fotoszenzitív (a sok konjugált kettős kötés gerjesztődik bomlik), -O 2 -re viszont stabil; - vízben jól, alkoholban rosszul oldódik; - keserű ízű. Előállítás -Fermentációval; Cl - helyett Br - a Br - analóg is antibiotikum. A halogénező egylépéses reakcióban teszi rá a klórt vagy a brómot. (Enzimrendszer végzi az aromás halogénezést.) Tetraciklin, TC Előállítás a. Előbb félszintetikusan a CTC hidrogénezésével, csak később találták meg a természetes változatot. b. Később fermentációval: -hiányzott a klórozó enzimrendszer -halogénhiányos tápoldat -gátlószerek; szelektív gátlók a halogénező enzimrendszerre a rodanidok, pl.: KSCN. Oxitetraciklin, OTC 1950, Finlay, Str. rimosus, késbb tucatnyi más törzs. Tulajdonságok -vízben jól oldódik (33 %),, de bomlékony( ph = 2-8 -on kívül gyorsan bomlik) -hatékony, nem toxikus, széles spektrumú, olcsó érdemes túladagolni.
Doxiciklin, (Vibramicin) Átvette az oxitetraciklin vezető szerepét. Szerkezet: A metilcsoport kétféle térállása (α és β) a biológiai hatásban is eltérést okoz: az α változat háromszor jobb gyógyszer. Előállítás, tulajdonságok, farmakokinetika -Négy szintetikus lépéssel OTC-ből állítják elő. -Lassabban ürül ki a szervezetből, így elég naponta egyszer adni, kisebb mennyiségben (savtűrő kapszulákban, 100 mg). Felezési ideje 15-22 óra. Stabilabb, mint a többi tetraciklin, jobb a felszívódása. III. Membránfunkciót károsító antibiotikumok 1. Peptid típusú antibiotikumok Ciklopeptid antibiotikumok Közös tulajdonságok -Csak baktériumok ellen hatékonyak (ellentétben a polién antibiotikumokkal). -Gyűrűs szerkezetűek, másodlagos merevítések találhatóak bennük (pl. H-hidak) fonott kalácshoz hasonló szerkezetűek. -D- és ritka (nem fehérjealkotó) aminosavak is előfordulnak bennük (pl. ornitin) -Savra, proteázokra nem bomlanak, sőt enziminhibitorok is (védett peptidkötéssel tudnak kapcsolódni). -Nem szívódnak fel a szervezetben -Erősen toxikusak, ezért csak speciálisan alkalmazzák -A bélflórát megváltoztatják, ennek következtében javul a takarmányhasznosítás. Bioszintézis NEM riboszomális fehérjeszintézissel! -Tiotempláton keletkezik multienzim komplex segítségével: Az enzim aktív centruma felismeri az aminosavat, és nem a kodon-antiodon mechanizmus működik. kevésbé pontos és szelektív, valamint a centrális dogmának ellentmond. Gramicidin-S Bacillus brevis (1944) volt az első ismert termelő. Szerkezet Dekapeptid: 2 X 5 aminosav (=pentepeptid), H-híd keresztkötésekkel. Poláros és apoláros oldalláncok egyaránt találhatóak rajta, ez detergens jelleget ad a garmicidinnek.
Hatásmód Detergensként irányítottan beépül a foszfolipid kettős rétegbe, ezáltal a membrán áteresztővé válik. Bioszintézis A torta formájú enzimkomplex felszínén 10 specifikus felismerő hely van, ezeken egyenként kötődnek meg tioészterként az aminosavak. Az enzimkomplex 2X2 enzimből áll: kettő 1-1 (Phe), másik kettő pedig 4-4 (Pro, Val, Orn, Leu) kötőhellyel rendelkezik. A megkötött aminosavak ATP-vel aktiválódnak, majd peptidkötéssel kapcsolódnak egymáshoz. Az enzimrendszer in vitro is működik, izolálták, immobilizálták, és a szintézis oszlopreaktorban ment. Csak Gram+ baktériumok ellen jó. Nincs humán felhasználása. Bacitracin Bacillus licheniformis, humán anyag (kórházi mintából), 1945. Szerkezet és bioszintézis 7 aminosavból álló gyűrű, amihez még 5 aminosav kapcsolódik Tiotempláton szintetizálódik, mint a gramicidin. Az enzimrendszer jól felismeri a szubsztrátot, de gyakoribb a tévesztés, mint a riboszomális antibiotikumoknál, ezért sokféle változata (~ 10) létezik. Nem fehérjealkotó antibiotikumok közül az ornitin szerepel ebben is. Kétértékű fémekkel (pl. Cu 2+, Fe 2+ ) komplexet képez, inaktiválódik, de pl. Zn 2+ -el jól oldható, kereskedelmi forgalomba is Zn-bacitracinként kerül. Nem súlyra, hanem biológiai egységre adják meg a mennyiséget. A biológiai egységet kioltási gyűrűkkel mérik: a gélbe (táptalajba) bediffundál az antibiotikum, de a bacitracin diffúziója nagy mérete miatt (> 1000g/mol) lassú kisebb átmérőjű gyűrűk bizonytalanabb a mérés. Lúgos közegben bomlik. Előállítás fermentációval Nehezen irányítható, gyors lefutású (24-30 óra). A szaporodás és a termelés nem különül el élesen (vegyes típusú termékképzés). Optimális ph és hőmérséklet profillal a folyamat lerövidíthető. A termékképzés csak foszfátmentes körülmények között működik. Feldolgozás Nehéz izolálni, nem is szokták, hanem a fermentlevet ZnSO 4 -tal keverik, a Zn-komplexet porlasztva szárítják. Ez egy porszerű anyagot eredményez, amiben rengeteg nemantibiotikum jellegű anyag is van azt adják meg, hogy mennyi benne a bacitracin. Hatásmód Kettős: a.) beépül a sejtmembránba detergensként vagy b.) sejtfalszintézisnél a polimerizációt gátolja.
Jó penicillin-pótló antibiotikum, hatásos Gram+ baktériumok ellen. Alkalmazás Felszívódás nincs (nagy mérete miatt), parentálisan sem adható, mert toxikus. Csak külsőleg használják humán célokra. Takarmányadalékként jó, mert kis mennyiségben alkalmazva is hatásos, csökkenti az elhullást, javítja a takarmány hasznosulását. Polimixin B A humán gyógyászatban is használt antibiotikum. Bacillus polymyxa, 1947 Tulajdonságok -Kationos detergens lipid kettősrétegbe beépül -szulfátsó formájában stabil, -lúgos közegben elbomlik, -anionos detergensek csökkentik a hatását. Hatásmechanizmus Detergensként beépül a membránba, károsítva azt. Gram baktériumok ellen hatékony, a bacitracin spektrumát egészíti ki. Felszívódás Injekció (intramuscularis így kevésbé toxikus; szájon át toxikus. Alkalmazás Ez is toxikus, de a peptid-antibiotikumok közül a legkevésbé. Nem alkalmazzák széles körben, csak speciális esetekben, célzottan, amikor más nem hat. Viomicin Bonyolult ciklopeptid antibiotikum (~nagyjából α-aminosavak peptidkötéssel) Streptomyces-ek (nem baktériumok) termelik, 1951-54 Bioszintézis Tiotempláton; nem fehérjealkotó aminosavakat tartalmaz. Tulajdonságok - erősen bázikus, - vörös kristályos, - vízben jól oldódik (sok poláros csoport van rajta), -SO 4 2- -sóját forgalmazzák, -Toxikus: vesére, belső fülre, elektrolit-háztartásra káros. (Hasonló az aminoglikozid antibiotikumokhoz, pedig ciklopeptid.)
Hatásmód A riboszómán kötődik, fehérjeszintézist gátol keresztrezisztencia a sztreptomicinnel, mert azonos a támadáspontjuk. A legfontosabb: M. tuberculosis ellen tartalék antibiotikum (Mivel ebben a mikroorganizmusban hamar kialakul a rezisztencia az antibiotikumokkal szemben, 3-4 hetente szükséges a gyógyszer(keveréke)t cserélni) Ciklosporin Tolypocladium inflantum, Cylindrocarpon lucidum, 1973 ( nem annyira hétköznapi törzsek) Szerkezet Nagyon apoláros, ezért vízben rosszul oldódik. (11 aminosav (több metilezett) + telítetlen lánc metil-csoportokkal.) Bioszintézis Tiotempláton (nem riboszómán) történik. A 8 metilcsoportot S-metil-metioninok adják. Hatásmód Az mrns-ek átírását gátolja, illetve a sejtosztódást is akadályozza (nemcsak a prokariótákét!). Mivel a T-limfociták nem aktiválódnak, immunszupresszív szer is. és alkalmazás Eukariótákra hat. Legfontosabb felhasználása: immunszupresszorként adják szervátültetésnél és autoimmun gyulladások esetén. (per os és intravénásan). Gombák és paraziták ellen hatékony, de a növényeket nem károsítja, ezért a mezőgazdaságban is alkalmazzák. Előállítása és feldolgozása Fermentációval termelik, majd az intracelluláris terméket a biomasszából oldószerrel extrahálják. Farmakokinetika Szájon át is felszívódik a nagy mérete ellenére, a kapuéren át a májba jut, ahol oxidál mindent, amit lehet, majd 90%-a az epével, 6%-a a vesén át kiválasztódik. Mellékhatás: vesekárosodást okozhat (a Na + - és vízháztartást befolyásolja). Vankomicin Rémületes szerkezetű polifenolszerű polipeptid. A polirezisztens (kórházi) mikroorganizmusok ellen az ilyen szerkezetű antibiotikumok jelentik az utolsó reményt. Egy Streptomyces törzs, a Nocardia orientalis termeli; régóta ismert (1956). Hatalmas molekula, ezért az emésztőcsatornából nem szívódik fel.
Tulajdonságok HCl-al fehér kristályt alkot, savas közegben stabil. Alkoholokban, acetonban rosszul oldódik, de vízben (a sok poláros csoportnak köszönhetően) igen jól. UV fényben a sok aromás gyűrű miatt elnyel, maximuma 282 nm-en van. Bioszintézis Tiotempláton szintetizálódik ez is, aromás aminosavak származékaiból alakul ki. ((pohfenilglicin, Asp, mcl-(β-oh)-tirozin, N-metil-leucin) + glükóz) Előállítás és feldolgozás Fermentációval termelik (N. orientalis, N. lurida törzsekkel), majd affinkrimatográfiával, kationcserélővel, oldószeres extrakcióval nyerik ki a fermentléből. Hatásmód A falszintézist gátolja: megköti az L-Lys-D-Ala-D-Ala aminosavhármast, ezzel megakadályozva a térhálósodást. Gram+ mikroorganizmusok, főleg coccus-ok ellen hatékony. Nincs keresztrezisztencia, bár majdnem ugyanott támad, ahol a penicillin. Kinetika Nincs felszívódás (túl nagy), intravénásan adják, felezési ideje 2-4 óra. A vesén át ürül ki. Alkalmazás Szűk spektrumú penicillinhelyettesítő, de polirezisztens kórházi törzseknél ez az utolsó védővonal, ha már semmi sem segít. Oritavancin A vankomicinre hasonlít, nagy sokgyűrűs vegyület. Teicoplanin Az alapváz itt is hasonló, több változata is létezik.