Механизмът на действие на антибиотиците: подробно описание

Може да се каже, че революционното събитие е откриването на пеницилин в началото на миналия век. През Втората световна война първият антибиотик спаси милиони ранени войници от сепсис. Пеницилинът е станал ефективен и в същото време евтин наркотик за много сериозни инфекции със сериозни фрактури, гнойни рани. С времето се синтезират други класове антибиотици.

Общи характеристики

Днес съществува голям брой продукти, принадлежащи към по-голямата света на антибиотици - вещества от природен или полусинтетичен произход, които имат способността да унищожат някои групи от патогенни микроорганизми или инхибират растежа им или възпроизвеждане. Механизмите, спектрите на антибиотиците могат да бъдат различни. С течение на времето се появяват нови видове и модификации на антибиотици. Това разнообразие изисква систематизиране. В наше време е приета класификацията на антибиотиците според механизма и спектъра на действие, както и химическата структура. Чрез механизма на действие те се разделят на:

• бактериостатичен, инхибиращ растежа или размножаването на патогенни микроорганизми;
• бактерицидни, които допринасят за унищожаването на бактериите.

Основните механизми на действие на антибиотиците:

• нарушение на бактериалната клетъчна стена;
• подтискане на протеиновия синтез в микробната клетка;
• нарушена пропускливост на цитоплазмената мембрана;
• инхибиране на РНК синтеза.

Бета-лактами - пеницилини

По химична структура, тези съединения се подразделят както следва.

Бета-лактамни антибиотици. Механизмът на действие на лактамните антибиотици се определя от способността на тази функционална група да се свързва с ензимите, участващи в синтеза на пептидогликан - основата на външната мембрана на микроорганизмите. По този начин, образуването на неговата клетъчна стена се инхибира, което помага да се спре растежа или размножаването на бактериите. Бета-лактамите имат ниска токсичност и в същото време добър бактерициден ефект. Те представляват най-голямата група и са разделени на подгрупи със сходна химическа структура.

Пеницилини - група вещества, освободени от определена колония от плесени и бактерицидно активни. Механизъм на действие антибиотици от серията пеницилин се дължи на факта, че чрез разрушаването на клетъчната стена на микроорганизмите те ги унищожават. Пеницилините са от естествен и полусинтетичен произход и са съединения с широк спектър на действие - те могат да се използват при лечението на много заболявания, причинени от стрептококи и стафилококи. В допълнение, те притежават свойството на селективност, действайки само върху микроорганизми, без да се засягат макроорганизмите. Пеницилините имат своите недостатъци, които включват появата на резистентност към бактериите. Най-често срещаните природни са бензилпеницилин, феноксиметилпеницилин, които се използват за борба с менингококови и стрептококови инфекции поради ниска токсичност и ниска цена. Въпреки това, при дългосрочен прием, може да има имунитет на организма към лекарството, което ще доведе до намаляване на неговата ефективност. Полусинтетични пеницилини обикновено получени от естествени чрез химическа модификация, за да им се дадат правилните свойства - амоксицилин, ампицилин. Тези лекарства са по-активни срещу бактериите, които са устойчиви на биопеницилини.

Други бета-лактами

Цефалоспорините се получават от гъбички със същото име и тяхната структура е подобна на структурата на пеницилините, което обяснява едни и същи негативни реакции. Цефалоспорините са на четири поколения. Лекарствата от първа генерация се използват по-често при лечението на леки форми на инфекции, причинени от стафилококи или стрептококи. Второто и третото поколение цефалоспорини са по-активни срещу грам-отрицателни бактерии, а веществата от четвъртото поколение са най-силните лекарства, използвани за повлияване на тежките инфекции.

Карбапенемите действат ефективно върху грам-положителни, грам-отрицателни и анаеробни бактерии. Тяхната положителна характеристика е липсата на бактериална резистентност към лекарството дори след дълъг период на употреба.

Монобактамите също принадлежат към бета-лактами и имат подобен механизъм на действие на антибиотици, който се състои в ефекта върху клетъчните стени на бактериите. Те се използват за лечение на различни инфекции.

макролиди

Това е втората група. Макролидите са естествени антибиотици, които имат сложна циклична структура. Те са полиномен лактонов пръстен с прикрепени въглехидратни остатъци. Свойствата на лекарството зависят от количеството въглеродни атоми в пръстена. Съществуват 14-, 15- и 16-членни съединения. Спектърът на тяхното действие върху микробите е достатъчно широк. Механизмът на действие на антибиотиците върху микробната клетка се състои в взаимодействието им с рибозоми и по този начин се счупват протеинов синтез в клетка микроорганизми чрез потискане на реакциите на добавяне на нови мономери към пептидната верига. Натрупвайки се в клетките на имунната система, макролидите също така извършват вътреклетъчно унищожаване на микробите.

Макролидите са най-безопасните и по-малко токсични сред известните антибиотици и са ефективни срещу не само грам-положителни, но и грам-отрицателни бактерии. Когато се използват, не се наблюдават нежелани странични реакции. Тези антибиотици се характеризират с бактериостатично действие, но при високи концентрации могат да имат бактерициден ефект върху пневмококите и някои други микроорганизми. Чрез метода на производство макролидите са разделени на естествени и полусинтетични.

Първото лекарство от класа на естествените макролиди е еритромицин, получен в средата на миналия век и успешно използван срещу грам-положителни бактерии, устойчиви срещу пеницилини. Ново поколение наркотици от тази група се появява през 70-те години на 20-ти век и се използва активно досега.

Макролидите също включват полусинтетични антибиотици - азолиди и кетолиди. В азолидната молекула в лактонния пръстен между деветия и десетия въглероден атом е включен азотен атом. Представителят на азолидите е азитромицин с широк спектър на действие и активност в посока на грам-положителни и грам-отрицателни бактерии, някои анаероби. Той е много по-стабилен в кисела среда, в сравнение с еритромицин, и може да се натрупва в него. Азитромицинът се използва за различни заболявания на дихателните пътища, урогениталната система, червата, кожата и др.

Кетолидите се получават чрез прикрепване на кето група към третия атом на лактоновия пръстен. Те се отличават с по-малко пристрастяващи бактерии, в сравнение с макролидите.

тетрациклини

Тетрациклините принадлежат към класа поликетиди. Те са антибиотици с широк спектър на действие, притежаващи бактериостатично влияние. Първият им представител - хлоротетрациклин, беше изолиран в средата на миналия век от една от културите на актиномицети, наричани още лъчеви гъби. Няколко години по-късно окситетрациклин се получава от колония от същите гъби. Третият представител на тази група е тетрациклин, който за пръв път е създаден чрез химическа модификация на своето хлоропроизводно и една година по-късно също се изолира от актиномицети. Всички други препарати на тетрациклиновата група са полусинтетични производни на тези съединения.

Всички тези вещества са сходни по химична структура и свойства, в активност срещу много форми на грам-положителни и грам-отрицателни бактерии, определени вируси и протозои. Те също са устойчиви на микробна зависимост. Механизмът на действие на антибиотиците върху бактериалната клетка е да се потиснат процесите на биосинтеза на протеините в нея. Под действието на лекарствените молекули грам-отрицателни бактерии те преминават в клетката чрез просто дифузия. Механизмът на проникване на антибиотични частици в грам-положителни бактерии е все още слабо разбрани, но има предположения, че тетрациклин молекули взаимодействат с йоните на някои метали, които са в клетки на бактериите да образуват комплексни съединения. Това разрушава веригата по време на образуването на протеини, необходими за бактериалната клетка. Експериментите доказват, че бактериостатично хлортетрациклин концентрации, достатъчни да инхибират синтеза на протеини, но за инхибиране на синтеза на нуклеинова киселина изисква високи концентрации на лекарството.

Тетрациклините се използват в борбата срещу бъбречните заболявания, различни инфекции на кожата, дихателните пътища и много други заболявания. Ако е необходимо, те заменят пеницилина, но през последните години употребата на тетрациклини е намаляла значително, което се свързва с появата на резистентност на микроорганизми към тази група антибиотици. Отрицателната роля, която играе използването на този антибиотик като добавка към храната на животните, което доведе до намаляване на лечебните свойства на лекарството поради появата на резистентност към него. За да се преодолее това, се предписват комбинации с различни лекарства с различен механизъм на антимикробно действие на антибиотици. Например, терапевтичният ефект се усилва от едновременното използване на тетрациклин и стрептомицин.

аминогликозиди

Аминогликозидите са естествени и полусинтетични антибиотици с изключително широк спектър на действие, съдържащи в молекулата остатъците от амино захари. Първият аминогликозид беше стрептомицин, изолиран от колония от лъчисти гъбички още в средата на миналия век и активно използван при лечението на различни инфекции. Като бактерицидни, антибиотиците от тази група са ефективни дори при силно намален имунитет. Механизмът на действие на антибиотици на микробна клетка е образуването на силни ковалентни връзки с протеини и рибозоми микроорганизъм унищожаване на синтеза на протеини в клетъчни реакции бактериалните. не е напълно изяснен механизъм аминогликозид бактерициден ефект, в сравнение с бактериостатично действие на тетрациклини и макролиди също нарушава синтеза на протеини в бактериални клетки. Известно е обаче, че аминогликозидите са активни само при аеробни условия, поради което показват ниска ефективност в тъканите със слабо кръвоснабдяване.

След появата на първите антибиотици - пеницилин и стрептомицин, те се използват толкова широко при лечението на всички заболявания, които съвсем скоро породиха проблема с използването на тези микроорганизми за тези лекарства. Понастоящем стрептомицинът се използва главно в комбинация с други лекарства от новото поколение за лечение на туберкулоза или такива, досега, редки инфекции като чумата. В други случаи се предписва канамицин, който също е антибиотик от първото поколение аминогликозиди. Въпреки това, поради високата токсичност на канамицин, гентамицинът е предпочитаният лекарствен продукт, второто поколение и аминогликозидът от трето поколение е амикацин, който се използва рядко, за да се предотврати пристрастяването на микроорганизмите.

хлорамфеникол

Левомицетин или хлорамфеникол е естествен антибиотик с широк спектър на действие, активен срещу значителен брой грам-положителни и грам-отрицателни микроорганизми, много големи вируси. Съгласно химическата структура, това производно на нитрофенилалкиламини първоначално се получава от културата на актиномицети в средата на 20-ти век, а две години по-късно се синтезира и химически.

Левомицетин има бактериостатичен ефект върху микроорганизмите. Механизмът на действие на антибиотиците върху бактериалната клетка е да потиска активността на катализаторите на образуването на пептидни връзки в рибозомите по време на протеиновата синтеза. Устойчивостта на левомицетин в бактериите се развива много бавно. Лекарството се използва за коремен тиф или за дизентерия.

Гликопептиди и липопептиди

Гликопептидите са циклични пептидни съединения, които са естествени или полусинтетични антибиотици с тесен спектър на действие върху определени щамове на микроорганизми. Те имат бактерицидно действие върху грам-положителните бактерии и могат също да заменят пеницилина в случай на резистентност към него. Механизмът на действие на антибиотиците върху микроорганизмите може да бъде обяснен чрез образуване на връзки с пептидогликанови аминокиселини на клетъчната стена и по този начин подтискане на техния синтез.

Първият гликопептид, ванкомицинът, се получава от актиномицети, взети от почвата в Индия. Той е естествен антибиотик, който активно действа върху микроорганизми дори по време на размножителния сезон. Първоначално ванкомицинът се използва като заместител на пеницилин в случаи на алергия към него при лечението на инфекции. Увеличаването на резистентността към лекарството обаче се превърна в сериозен проблем. През 80-те години се получава теикопланин, антибиотик от гликопептидната група. Той е предписан за същите инфекции и в комбинация с гентамицин дава добри резултати.

В края на 20-ти век се появи нова група антибиотици - липопептиди, изолирани от стрептомицети. Според тяхната химическа структура, те са циклични липопептиди. Това са антибиотици с тесен спектър на действие, показващи бактерициден ефект срещу грам-положителни бактерии, както и стафилококи, устойчиви на бета-лактамови лекарства и гликопептиди.

Механизмът на действие на антибиотици значително различни от тези, които вече известен - форми на липопептид в присъствието на калциеви йони силни връзки с клетъчната мембрана на бактерии, което води до деполяризация и прекъсване на синтеза на протеини, така че зловреден клетката умира. Първият представител на класа на липопептидите е даптомицин.

По отношение на даптомицин може да се отбележи в значителна степен бактерицидна активност, и най-важното - липсата на кръстосана резистентност, или поне много бавно неговото формиране дължи на факта, че един напълно нов механизъм на действие на антибиотици включено в структурата на веществото.

полиени

Следващата група е полиеновите антибиотици. Днес има огромен удар от гъбични заболявания, които са трудни за лечение. За борба с тях антимикотичните агенти са предназначени - естествени или полусинтетични полиенови антибиотици. Първото противогъбично лекарство в средата на миналия век е нистатин, който е изолиран от културата на стрептомицети. През този период много от полиеновите антибиотици, получени от различни гъбични култури - гризеофулвин, леворин и други - са включени в медицинската практика. Сега са използвани полиени от четвърто поколение. Те имат общо име поради наличието на няколко двойни връзки в молекулите.

Механизмът на действие на полиеновите антибиотици се дължи на образуването на химични връзки със стеролите на клетъчните мембрани в гъбичките. Полиелната молекула по този начин се вгражда в клетъчната мембрана и образува канал на йонни проводници, през който излизат компонентите на клетката, което води до нейното елиминиране. В малки дози полиените са фунгистатични и във високи дози фунгицидни. Въпреки това тяхната активност не се простира до бактерии и вируси.

Полимиксините - естествени антибиотици, се произвеждат от бактерии, образуващи спори в почвата. В терапията те намериха приложение през 40-те години на миналия век. Тези лекарства се характеризират с бактерицидно действие, което се причинява от увреждане на цитоплазмената мембрана на микроорганизма, причинявайки смъртта му. Полимиксините са ефективни срещу грам-отрицателни бактерии и рядко причиняват пристрастяване към микроорганизмите. Въпреки това, твърде високата токсичност ограничава употребата им в терапията. Съединенията от тази група - полимиксин В сулфат и полимиксин М сулфат се използват рядко и само като резервен препарат.

Антинеопластични антибиотици

Актиномицините се произвеждат от някои лъчисти гъби, имат цитостатичен ефект. Естествените актиномицини в структурата са хромопептиди, които се различават в аминокиселините в пептидните вериги, определяйки тяхната биологична активност. Актиномицините привличат вниманието на специалистите като антитуморни антибиотици. Механизмът на тяхното действие се дължи на образуването на достатъчно стабилни връзки на пептидните вериги на препарата с двойна спирала на ДНК на микроорганизма и блокирането, дължащо се на този синтез на РНК.

Дактиномицинът, получен през 60-те години на 20-ти век, се превръща в първото антитуморно лекарство, намерено в онкологичната терапия. Въпреки това, поради големия брой странични ефекти, това лекарство рядко се използва. Вече са получени по-активни антитуморни лекарства.

Антрациклините са изключително силни противотуморни вещества, изолирани от стрептомицети. Механизмът на действие на антибиотиците се свързва с образуването на тройни комплекси с ДНК вериги и разкъсване на тези вериги. Втори механизъм на антимикробно действие е възможен, поради производството на свободни радикали, които окисляват раковите клетки.

Сред естествените антрациклини могат да се споменат даунорубицин и доксорубицин. Класификацията на антибиотици според механизма на действие върху бактериите ги класифицира като бактерицидни. Въпреки това високата им токсичност ги кара да търсят нови съединения, получени синтетично. Много от тях се използват успешно в областта на онкологията.

Антибиотиците отдавна са участвали в медицинската практика и човешкия живот. Благодарение на тях много болести са били победени, които в продължение на много векове се смятали за нелечими. Понастоящем има такова разнообразие от тези съединения, което изисква не само класификацията на антибиотици според механизма и спектъра на действие, но и в много други характеристики.