En grampositiv bakteriecell |

Antibiotika och sjukdom

Antibiotika är viktiga kemikalier som förstör bakterier som gör oss sjuka. Verkningsmetoderna för fem huvudkategorier av antibiotika beskrivs nedan. Läkemedlen i kategorierna ordineras vanligen för att behandla sjukdomar Tyvärr förlorar några av dem effektiviteten.

Antibiotikaresistens hos bakterier är ett allvarligt problem för tillfället och blir värre. Vissa sjukdomar är mycket svårare att behandla än tidigare. Upptäckter av nya och potentiellt viktiga antibiotika är alltid spännande. En grupp kemikalier som kan ge oss effektiva läkemedel för att bekämpa bakterier är arylomyciner.

Den här artikeln diskuterar:

  • beta-laktamer
  • makrolider
  • kinoloner
  • tetracykliner
  • aminoglykosider
  • arylomycins

De första fem klasserna av antibiotika som anges ovan är i vanlig användning. Den sista används inte ännu men kan vara i framtiden.

Varför skadar inte antibiotika våra celler?

Vår kropp är tillverkad av celler. Antibiotika kan skada bakterieceller men inte våra. Förklaringen till denna observation är att det finns några viktiga skillnader mellan cellerna i bakterier och de hos människor. Antibiotika attackerar en funktion som våra celler inte har eller som är något annorlunda i oss.

Aktionen av nuvarande antibiotika beror på en av följande skillnader mellan bakterier och människor. Bakterieceller täcks av cellväggar, medan våra inte är det. Cellmembranets struktur hos bakterier och människor är annorlunda. Det finns också skillnader i strukturer eller molekyler som används för att göra proteiner eller kopiera DNA.

Valet av antibiotikum beror på olika faktorer. Det ena är om läkemedlet är ett smalspektrumantibiotikum (ett som påverkar ett smalt spektrum av bakterier) eller ett bredspektrummedicin som är effektivt mot ett brett spektrum av bakterier. Andra faktorer som beaktas är hur effektiva läkemedlen är vid behandling av en viss sjukdom och deras potentiella biverkningar. Gram-positiva bakterier kräver ibland en annan behandling än gram-negativa.

Cellvägg av en gram-positiv bakterie |

Gramfärgning

Gramfärgning skiljer gram-positiva celler från gram-negativa. Grampositiva celler ser lila ut efter färgningsförfarandet och gramnegativa ser rosa ut. De olika resultaten återspeglar skillnader i struktur.

En gram-positiv cell täcks av ett cellmembran, som i sin tur täcks av en tjock cellvägg. Gramnegativa celler har en tunnare cellvägg och ett membran på båda sidor av den. Gramfärgning är av medicinskt såväl som vetenskapligt intresse eftersom vissa antibiotika bekämpar en typ av cell men inte den andra.

Vissa antibiotika fungerar på gram-positiva bakterier men inte gram-negativa eller tvärtom. Andra arbetar på båda typerna av bakterier men kan vara mer effektiva att döda en typ än den andra. Det är viktigt att notera att ett antibiotikum för gram-positiva mikrober (eller gram-negativa) kanske inte fungerar för varje art eller bakteriestam i gruppen.

Informationen i denna artikel ges för allmänt intresse. Läkare tar hänsyn till många faktorer när de bestämmer sig för det bästa antibiotikumet för en viss patient. Dessutom har de tillgång till de senaste upptäckterna om specifika antibiotika.

Betalaktamer

Beta-laktam- eller ß-laktamantibiotika är mediciner med bred spektrum. De arbetar mot gram-positiva och gram-negativa men är generellt mer effektiva mot den första typen.

Betalaktam-gruppen inkluderar penicillin, ampicillin och amoxicillin. Penicillin är ett naturligt antibiotikum tillverkat av en mögel, som är en typ av svamp. De flesta antibiotika upptäcktes i svampar eller bakterier, som producerar kemikalier för att förstöra de organismer som kan skada dem. Ampicillin och amoxicillin är halvsyntetiska läkemedel härrörande från penicillin. Cefalosporiner och karbapenemer är också beta-laktamantibiotika.

Fördelen med beta-laktamantibiotika är relaterad till det faktum att bakterier har en cellvägg runt sin cell- eller plasmamembran medan våra celler inte gör det. Väggen är ett relativt tjockt och starkt skikt som skyddar bakteriecellen. Den är gjord av peptidoglycan. Cellmembranet utför viktiga funktioner men är mycket tunnare än väggen.

Peptidoglycan innehåller kedjor av växlande NAG-molekyler (N-acetylglukosamin eller N-acetylglukosamin) och NAM (N-acetylmuraminsyra), såsom visas i illustrationen ovan. Korta tvärbindningar av aminosyror förbinder kedjorna och ger styrka mot väggen. Ett av stegen i bildningen av tvärbindningarna kontrolleras av penicillinbindande proteiner (PBP). Beta-laktamantibiotika binder till PBP och hindrar dem från att göra sitt jobb. Tvärbindningarna kan inte bildas och den försvagade cellväggen bryts. Bakterien dör, ofta till följd av att vätska kommer in i cellen och orsakar att den spricker.

Makrolider

Liksom många antibiotika är makrolider naturliga kemikalier som har gett upphov till halvsyntetiska versioner. Erytromycin är en vanlig makrolid. Den är gjord av en bakterie som en gång heter Streptomyces erythraeus. Bakterien är för närvarande känd som Saccharopolyspora erythraea.

Makrolider är effektiva mot de flesta gram-positiva och vissa gram-negativa bakterier. De hämmar proteinsyntes i bakterierna, vilket dödar mikroberna. Proteiner är en viktig del av cellstrukturen och funktionen.

Processen för proteinsyntes kan sammanfattas enligt följande.

  • DNA innehåller kemiska instruktioner för framställning av proteiner. Instruktionerna kopieras till messenger-RNA- eller mRNA-molekyler, en process som kallas transkription.
  • MRNA går till cellstrukturer som kallas ribosomer. Proteinerna tillverkas på ytan av dessa strukturer.
  • Överför RNA- eller tRNA-molekyler för med aminosyror till ribosomerna och "läs" instruktionerna i mRNA.
  • Aminosyrorna sammanfogas i rätt ordning för att göra vart och ett av de erforderliga proteinerna. Processen att bygga en proteinmolekyl på ytan av en ribosom kallas translation.

Makrolider binder till ytan av bakteriella ribsomer, vilket stoppar processen för proteinsyntes. Ribosomer innehåller två underenheter. I bakterier är dessa kända som 50-talets underenhet och 30-talets underenhet. Den andra underenheten är mindre än den första. (S står för Svedberg-enheten.) Macrolider binder till 50-talsenheten.

kinoloner

Kinoloner finns på olika platser i naturen, men de som används som läkemedel är i allmänhet syntetiska. De flesta kinoloner innehåller fluor och är kända som fluorokinoloner. Ciprofloxacin är ett vanligt exempel på en fluorokinolon. Kinolonantibiotika är effektiva mot både gram-positiva och gram-negativa bakterier.

En bakteriecell delar sig för att skapa två celler i en process som kallas binär klyvning. Innan uppdelningen börjar replikeras DNA-molekylen i cellen eller gör en kopia av sig själv. Detta gör att var och en av cellerna som produceras genom fission har en identisk kopia av molekylen.

En DNA-molekyl består av två trådar lindade runt varandra för att bilda en dubbel spiral. Spiralen lossnar i det ena avsnittet efter det andra för att replikering ska ske. DNA-gyras är ett bakterieenzym som hjälper till att lindra stammar i DNA-spiralen när det lindras. Stammarna utvecklas i områden som blir "supercoiled" i takt med att DNA-spiralen rivas upp.

Kinolonantibiotika dödar bakterier genom att hämma DNA-gyras. Detta hindrar DNA från att replikeras och förhindrar celldelning. I vissa bakterier hämmar kinoloner ett enzym som kallas topoisomeras IV istället för DNA. Detta enzym spelar en roll i avslappnande DNA-supercoils och kan inte göra sitt jobb om det hämmas.

Möjliga biverkningar vid användning av fluorokinolon

Kinoloner har förskrivits i stor utsträckning eftersom de kan vara till stor hjälp. Liksom alla mediciner kan de orsaka biverkningar. Dessa effekter kan vara lindriga, men tyvärr upplever vissa människor stora problem efter att ha använt läkemedlen. Forskare uppmärksammar nu denna situation och undersöker effekterna av medicinerna.

Det finns tillräckligt med bevis för potentiell skada från fluorokinoloner för FDA (Food and Drug Administration) för att ge en varning om användningen av antibiotika. FDA är en amerikansk regeringsorganisation. Organisationen säger att läkemedlen kan orsaka "inaktivera biverkningar som involverar senor, muskler, leder, nerver och det centrala nervsystemet. Dessa biverkningar kan uppstå timmar till veckor efter exponering för fluorokinoloner och kan vara permanenta". Dokumentet som innehåller varningen listas i avsnittet "Referenser" nedan.

Trots FDA: s varning säger organisationen att fördelarna med fluorokinoloner vid vissa allvarliga sjukdomar uppväger riskerna. Det säger också att läkemedlen fortfarande bör användas för att behandla vissa villkor för vilka ingen annan effektiv behandling finns tillgänglig.

Fluorokinoloner har risker och fördelar som bör övervägas mycket noggrant. Det är viktigt att både vårdgivare och patienter är medvetna om både riskerna och fördelarna med fluorokinoloner och fattar ett informerat beslut om deras användning.

- Edward Cox, MD, Food and Drug Administration

Tetracykliner och aminoglykosider

tetracykliner

De första tetracyklinerna erhölls från jordbakterier i släktet Streptomyces. Som är fallet med de flesta antibiotika, produceras nu halvsyntetiska former. Tetracyklin är namnet på ett specifikt antibiotikum i kategorin tetracykliner. Det säljs under olika varumärken, inklusive Sumycin. Det mest märkbara biverkningen är att det kan orsaka permanent färgning av tänderna hos små barn.

Tetracykliner är bredspektrumantibiotika som kännetecknas av fyra ringar i deras molekylstruktur. De dödar gram-positiva och gram-negativa bakterier som är aeroba (de som kräver syre för att växa). De är mycket mindre framgångsrika när det gäller att förstöra anaeroba bakterier. Liksom makrolider förenar de sig till den bakteriella ribosomen och hämmar proteinsyntesen. Till skillnad från makrolider binder de sig till 30-talets subenhet i ribosomerna.

aminoglykosider

Aminoglykosider är smalspektrumantibiotika. De påverkar aeroba, gramnegativa bakterier och vissa anaeroba grampositiva bakterier i klassen Bacilli. Streptomycin är ett exempel på en aminoglykosid. Den produceras av en bakterie som heter Streptomyces griseus. Liksom tetracykliner skadar aminoglykosider bakterier genom att binda till ribosomen under 30-talet och därmed hämma proteinsyntesen.

Tyvärr orsakar aminoglykosider ibland skadliga biverkningar. De kan vara giftiga för njurarna och det inre örat. De orsakar sensorinural hörselnedsättning och tinnitus hos vissa patienter.

En bakteries förmåga att överleva i närvaro av antibiotika kallas antibiotikaresistens. Arylomycins kan vara användbara för att hindra antibiotikaresistens eftersom de attackerar bakterier på ett annat sätt än nuvarande antibiotika.

Antibiotikaresistens

Många antibiotika är inte lika hjälpsamma som de en gång berodde på utvecklingen av antibiotikaresistens. Processen händer eftersom bakterier får gener från andra bakterier eller upplever förändringar i sin egen insamling av gener över tid.

Enskilda bakterier som har erhållit eller utvecklat en användbar genvariant kommer att överleva när de utsätts för ett antibiotikum. De skickar en kopia av den fördelaktiga varianten till deras avkommor under reproduktionen. Personer utan varianten dödas av antibiotikumet. När denna process upprepas kommer befolkningen gradvis att bli resistent mot läkemedlet.

Tyvärr förväntar forskare bakterier att utveckla resistens mot antibiotika som ges tillräckligt med tid. Vi har förmågan att bromsa denna process genom att använda antibiotika endast när det är nödvändigt och genom att använda dem korrekt när de förskrivs. Detta skulle ge oss mer tid att hitta nya läkemedel. En ny antibiotikagrupp som kan vara till hjälp i kampen mot bakterier är arylomycinerna.

En demonstration av antibiotikaresistens |

De vita cirklarna i diskarna ovan innehåller antibiotika. De tydliga områdena representerar regioner där bakteriekulturen har dödats av antibiotika. Bakterier som kan växa runt de vita cirklarna är resistenta mot antibiotika.

Arylomycins

Arylomycins bekämpar gramnegativa bakterier. Även om det finns undantag, är gramnegativa bakterier ofta farligare för oss. Kemikalierna är av intresse eftersom de dödar bakterier på en annan metod än andra antibiotika som används medicinskt.

De flesta av våra nuvarande antibiotika förstör bakterier genom att störa cellväggen, cellmembranet eller proteinsyntesen. Några påverkar strukturen eller funktionen hos DNA eller påverkar folinsyrasyntesen. (Folinsyra är en form av vitamin B.) Arylomycins fungerar med en annan mekanism. De hämmar ett bakterieenzym som kallas bakterien typ 1 signal peptidas. Eftersom vi inte har använt arylomycins som antibiotika ännu, kan många bakterier fortfarande vara mottagliga för deras effekter.

I sin naturliga form dödar arylomyciner ett smalt spektrum av gramnegativa bakterier och är inte särskilt kraftfulla. Forskare har nyligen skapat en konstgjord version som kallas G0775, som verkar vara både effektivare och ha ett bredare aktivitetsspektrum. Upptäckten är spännande. Inget nytt antibiotikum för gramnegativa bakterier har godkänts på över femtio år i USA.

Yttre lager av en gramnegativ bakterie |

Även om illustrationerna i denna artikel visar stavformade bakterier kan organismerna också vara spiralformade eller sfäriska.

Signalpeptidaser

Signalpeptidaser är enzymer som tar bort en förlängning från proteiner som kallas signalpeptiden. Avlägsnandet av signalpeptiden aktiverar proteinerna. Om signalpeptidaser hämmas aktiveras inte de relevanta proteinerna och kan inte utföra sina funktioner, vilket är väsentligt för bakteriecellernas livslängd. Som ett resultat dör cellerna.

I gram-positiva celler är signalpeptidasenzymet beläget nära cellmembranets yta. I gramnegativa celler ligger det nära ytan av det inre membranet. I båda fallen, om vi kunde administrera en kemikalie som inaktiverar signalen peptidaser, kan vi döda bakterier. G0775 kan vara en lämplig kemikalie.

Läkemedel utformade för att angripa gramnegativa celler måste färdas genom det yttre membranet och peptidoglykanskiktet (eller cellväggen) för att nå det inre membranet. Detta är en anledning till att det ofta är svårt att skapa effektiva antibiotika för cellerna. G0775 kan emellertid penetrera cellens yttre lager och nå signalpeptidaset.

Potentiella fördelar och problem

Ett problem med G0775 är att läkemedlet har testats i isolerade celler och möss men inte hos människor. Den goda nyheten är att den har förstört en mängd bakterier, inklusive gramnegativa, grampositiva och multidrugsresistenta bakterier.

Handlingen av arylomyciner är inte lika väl förstått som för många andra antibiotika. Ett annat problem är att en oro för toxicitet måste undersökas. Arylomycin-molekylen har vissa strukturella egenskaper som påminner vissa forskare om molekyler som är giftiga för njurarna. De måste ta reda på om likheten är obetydlig eller något att oroa sig för.

Några ytterligare kandidater för nya antibiotika har hittats. Det tar tid att bevisa att ett läkemedel är både användbart och säkert för människor. Förhoppningsvis kommer nya kandidater att fortsätta att dyka upp och tester visar att både optimerat arylomycin och andra potentiellt användbara kemikalier är säkra för oss.

referenser

Information om antibiotika från University of Utah

Antibakteriella läkemedel från Merck Manual

FDA-varning för fluorokinolon antibiotikabruk

Motstånd mot antibiotikakällor från Royal Society of Chemistry

Ett nytt antibiotikum från Science (An American Association for the Advancement of Science)

Innehållet är korrekt och sant efter bästa författares kunskap och ersätter inte diagnos, prognos, behandling, recept och / eller kostråd från en licensierad vårdpersonal. Läkemedel, kosttillskott och naturläkemedel kan ha farliga biverkningar. Om du är gravid eller ammar, konsultera med en kvalificerad leverantör på individuell basis. Sök omedelbar hjälp om du upplever en medicinsk nödsituation.