Механізм дії антибіотиків: докладний опис

Можна сказати, що революційною подією стало відкриття пеніциліну на початку минулого століття. У роки Другої світової війни перший антибіотик врятував мільйони поранених солдатів від сепсису. Пеніцилін став ефективним і в той же час дешевим препаратом від безлічі важких інфекцій при серйозних переломах, гнійних ранах. Згодом були синтезовані і інші класи антибіотиків.

Загальна характеристика

Сьогодні вже існує велика кількість препаратів, що відносяться до великого світу антибіотиків - речовин природного або напівсинтетичного походження, які мають здатність знищувати певні групи хвороботворних мікроорганізмів або перешкоджати їхньому росту або розмноження. Механізми, спектри дії антибіотиків можуть бути різними. Згодом з`являються нові види і модифікації антибіотиків. Таке їх різноманіття вимагає систематизації. В наш час прийнята класифікація антибіотиків за механізмом і спектру дії, а також за хімічною будовою. По механізму дії їх ділять на:

Відео: Механізм дії препарату Арбідол

• бактеріостатичні, які пригнічують ріст або розмноження патогенних мікроорганізмів;
• бактерицидні, які сприяють знищенню бактерій.

Основні механізми дії антибіотиків:

• порушення бактеріальної клітинної стінки;
• пригнічення синтезу білка в мікробній клітині;
• порушення проникності цитоплазматичної мембрани;
• гальмування синтезу РНК.

Бета-лактами - пеніциліни

За хімічною структурою ці сполуки поділяються наступним чином.

Бета-лактамні антибіотики. Механізм дії лактамнихантибіотиків визначається здатністю даної функціональної групи пов`язувати ферменти, що беруть участь в синтезі пептидоглікану - основи зовнішньої мембрани клітин мікроорганізму. Таким чином, пригнічується утворення його клітинної стінки, що сприяє припиненню зростання або розмноження бактерій. Бета-лактами мають низьку токсичність і в той же час хороше бактерицидну дію. Вони являють собою найбільшу групу і діляться на підгрупи, які є подібними за хімічну будову.

Пеніциліни - це група речовин, що виділяються з певної колонії цвілевих грибків і діючих бактерицидно. Механізм дії антибіотиків пеніцилінового ряду пов`язаний з тим, що, руйнуючи клітинну стінку мікроорганізмів, вони знищують їх. Пеніциліни бувають природного і напівсинтетичного походження і є сполуками широкого спектру дії - їх можна використовувати в лікуванні багатьох захворювань, викликаних стрептококами і стафілококами. Крім того, вони мають властивість вибірковості, діючи тільки на мікроорганізми, не зачіпаючи макроорганизм. Пеніциліни мають свої недоліки, до яких відноситься виникнення до нього резистентності бактерій. З природних найбільш поширені бензилпенициллин, феноксиметилпенициллин, які використовуються для боротьби з менінгококової і стрептококовими інфекціями завдяки низькій токсичності і дешевизні. Однак при довготривалому прийомі може виникнути імунітет організму до ліків, що призведе до зниження його ефективності. напівсинтетичні пеніциліни зазвичай отримують з природних шляхом хімічної модифікації для додання їм необхідних властивостей - амоксицилін, ампіцилін. Ці ліки відрізняються більш високою активністю щодо бактерій, стійких до біопеніціллінам.

Інші бета-лактами

Цефалоспорини отримують з грибів з однойменною назвою, і їх структура подібна до структури пеніцилінів, що пояснює і однакові негативні реакції. Цефалоспорини складають чотири покоління. Ліки першого покоління використовують частіше в лікуванні легких форм інфекцій, причиною яких є стафілококи або стрептококи. Друге і третє покоління цефалоспоринів активніше відносно грамнегативних бактерій, а речовини четвертого покоління - найсильніші препарати, що використовуються для впливу на важкі інфекції.

Карбапенеми ефективно діють на грампозитивні, грамнегативні та анаеробні бактерії. Їх позитивною властивістю є відсутність резистентності бактерій до препарату навіть після тривалого його застосування.

Монобактами теж відносяться до бета-лактамів і мають подібний механізм дії антибіотиків, що полягає у впливі на клітинні стінки бактерій. Вони застосовуються для лікування безлічі різноманітних інфекцій.

макроліди

Це друга група. Макроліди - природні антибіотики, які мають складне циклічне будова. Вони являють собою многочленное лактонное кільце з приєднаними вуглеводними залишками. Від кількості в кільці атомів вуглецю залежать властивості препарату. Розрізняють 14-, 15- і 16-членні сполуки. Спектр дії їх на мікроби досить широкий. Механізм дії антибіотиків на мікробну клітину полягає у взаємодії їх з рибосомами і порушення тим самим синтезу білків в клітині мікроорганізму шляхом придушення реакцій приєднання нових мономерів до пептидного ланцюга. Накопичуючись в клітинах імунної системи, макроліди здійснюють і внутрішньоклітинний знищення мікробів.

Макроліди найбільш безпечні і менш токсичні серед відомих антибіотиків і ефективні проти не тільки грампозитивних, але і грамнегативних бактерій. При їх використанні не спостерігається небажаних побічних реакцій. Ці антибіотики характеризуються бактеріостатичну дію, але при високих концентраціях здатні надати бактерицидну дію на пневмококи і деякі інші мікроорганізми. За способом отримання макроліди поділяють на природні і напівсинтетичні.

Першим препаратом з класу природних макролідів був еритроміцин, отриманий в середині минулого століття і успішно застосовувався проти грампозитивних бактерій, стійких проти пеніцилінів. Нове покоління препаратів цієї групи з`явилося в 70-х роках 20 століття і активно використовується до сих пір.

До макролідів відносяться також напівсинтетичні антибіотики - азоліди і кетоліди. У молекулі азоліда в лактонное кільце між дев`ятим і десятим атомами вуглецю включений атом азоту. Представником азолідов є азитроміцин широкого спектру дії і активності в напрямку грам позитивних та грам бактерій, деяких анаеробів. Він набагато більш стійкий в кислому середовищі, порівняно з еритроміцином, і може в ній накопичуватися. Азитроміцин використовується при різноманітних захворюваннях дихальних шляхів, сечостатевої системи, кишечника, шкірних та інших.

Кетоліди отримують приєднанням до третього атому лактонного кільця кетогрупи. Їх відрізняє менше звикання бактерій, якщо порівнювати з макролідами.

тетрацикліни

Тетрацикліни відносяться до класу полікетідов. Це антибіотики широкого спектру дії, що володіють бактеріостатичну впливом. Перший представник їх - хлортетрациклин, був виділений в середині минулого століття з однією з культур актиноміцетів, їх ще називають променистими грибами. Через кілька років було отримано окситетрациклин з колонії тих же грибів. Третім представником цієї групи є тетрациклін, який спочатку був створений шляхом хімічної модифікації його хлорпохідне, а через рік також виділено з актиноміцетів. Всі інші препарати тетрациклінової групи є полусинтетическими похідними цих сполук.

Відео: Фторхінолони. Механізми дії і резистентності.

Всі ці речовини схожі за хімічною будовою і властивостями, за активністю відносно багатьох форм грампозитивних і грамнегативних бактерій, деяких вірусів і найпростіших. Вони стійкі і до звикання мікроорганізмів. Механізм дії антибіотиків на бактеріальну клітину полягає в придушенні в ній процесів біосинтезу білка. При дії молекул препарату на грамнегативнібактерії вони проходять всередину клітини шляхом простої дифузії. Механізм проникнення частинок антибіотика в грампозитивні бактерії ще недостатньо вивчений, проте є припущення, що молекули тетрацикліну взаємодіють з іонами деяких металів, які знаходяться в клітинах бактерій, з утворенням комплексних сполук. При цьому відбувається розрив ланцюжка в процесі утворення білка, необхідного для бактеріальної клітини. Експериментами доведено, що бактериостатических концентрацій хлортетрациклина досить для пригнічення синтезу білка, проте для гальмування синтезу нуклеїнових кислот потрібні великі концентрації препарату.

Тетрацикліни застосовуються в боротьбі з хворобами нирок, різними інфекціями шкіри, дихальних шляхів і багатьма іншими захворюваннями. Якщо необхідно, вони замінюють пеніцилін, але в останні роки використання тетрацикліну помітно зменшилася, що пов`язано з появою стійкості мікроорганізмів до цієї групи антибіотиків. Негативну роль зіграло і використання цього антибіотика в якості добавки до корму тварин, що призвело до зниження лікувальних властивостей препарату внаслідок виникнення стійкості до нього. Щоб її подолати, призначаються поєднання з різними препаратами, що мають інший механізм антимікробної дії антибіотиків. Наприклад, лікувальний ефект посилюється при одночасному застосуванні тетрацикліну і стрептоміцину.

аміноглікозиди

Аміноглікозиди - природні і напівсинтетичні антибіотики з надзвичайно широким спектром дії, що містять в молекулі залишки аміносахаридом. Першим аміноглікозидом став стрептоміцин, виділений з колонії променистих грибків вже в середині минулого століття і активно використовувався в лікуванні безлічі інфекцій. Будучи бактерицидними, антибіотики згаданої групи ефективні навіть при сильно зниженому імунітеті. Механізм дії антибіотиків на мікробну клітину полягає в утворенні міцних ковалентних зв`язків з білками рибосом мікроорганізму і руйнуванні реакцій синтезу білка в клітині бактерії. До кінця не вивчений механізм бактерицидного впливу аміноглікозидів, на відміну від бактеріостатичної дії тетрацикліну і макролідів, також порушують синтез білка в бактеріальних клітинах. Однак відомо, що аміноглікозиди активні лише в аеробних умовах, тому вони виявляють невисоку ефективність в тканинах зі слабким кровопостачанням.

Після появи перших антибіотиків - пеніциліну і стрептоміцину, їх почали настільки широко застосовувати в лікуванні будь-яких захворювань, що дуже скоро виникла проблема звикання мікроорганізмів до цих ліків. В даний час стрептоміцин застосовують, в основному, в поєднанні з іншими препаратами нового покоління для лікування туберкульозу або таких, на сьогоднішній день рідкісних інфекцій, як чума. В інших випадках призначається канаміцин, який теж є антибіотиком першого покоління аміноглікозидів. Однак у зв`язку з високою токсичністю канаміцину зараз перевага віддається гентамицину - препарату другого покоління, а препаратом третього покоління аміноглікозидів є амікацин - він використовується рідко для запобігання звикання до нього мікроорганізмів.

левоміцетин

Левоміцетин, або хлорамфенікол, є природним антибіотиком з широким спектром дії, активним щодо значного числа грампозитивних і грамнегативних мікроорганізмів, багатьох великих вірусів. За хімічною будовою це похідне нітрофенілалкіламінов, вперше було отримано з культури актиноміцетів в середині 20 століття, а через два роки також синтезовано хімічним шляхом.

Левоміцетин надає на мікроорганізми бактеріостатичний вплив. Механізм дії антибіотиків на бактеріальну клітину полягає в придушенні активності каталізаторів процесів утворення пептидних зв`язків в рибосомах при синтезі білка. Стійкість до левоміцетину у бактерій розвивається дуже повільно. Препарат застосовують при захворюванні на черевний тиф або дизентерію.

Глікопептиди і ліпопептіди

Глікопептиди - це циклічні пептидні сполуки, що є природними або напівсинтетичних антибіотиками з вузьким спектром дії на певні штами мікроорганізмів. Вони надають бактерицидну дію на грампозитивні бактерії, а також можуть замінити пеніцилін при виникненні до нього резистентності. Механізм дії антибіотиків на мікроорганізми можна пояснити утворенням зв`язків з амінокислотами пептидоглікану клітинної стінки і, таким чином, придушенням їх синтезу.

Перший глікопептид - ванкоміцин, був отриманий з актиноміцетів, взятих з грунту в Індії. Він являє собою природний антибіотик, активно діючий на мікроорганізми навіть в період розмноження. Спочатку ванкоміцин використовували в якості заміни пеніциліну у випадках алергії на нього при лікуванні інфекцій. Однак наростання резистентності до препарату стало серйозною проблемою. У 80-і роки був отриманий тейкопланін - антибіотик з групи глікопептидів. Його призначають при тих же інфекціях, а в поєднанні з гентаміцином він дає хороші результати.

В кінці 20 століття з`явилася нова група антибіотиків - ліпопептіди, виділених з стрептоміцетов. За хімічною будовою вони являють собою циклічні ліпопептіди. Це антибіотики з вузьким спектром дії, що проявляють бактерицидний ефект проти грампозитивних бактерій, а також стафілококів, стійких до бета-лактамних препаратів і глікопептидів.

Механізм дії антибіотиків значно відрізняється від уже відомих - ліпопептід утворює в присутності іонів кальцію міцні зв`язки з клітинної мембраною бактерій, які призводять до її деполяризації і порушення синтезу білка, внаслідок чого шкідлива клітина гине. Перший представник класу ліпопептідов - даптоміцином.

Відносно даптоміцином можна відзначити значну швидкість бактерицидної активності, а головне - відсутність перехресної резистентності або, принаймні, дуже повільне її формування, завдяки тому що абсолютно новий механізм дії антибіотиків закладений в структуру цієї речовини.

поліени

Наступна група - полієнових антибіотики. Сьогодні спостерігається величезний сплеск грибкових захворювань, ніяк не піддаються лікуванню. Для боротьби з ними призначені протигрибкові речовини - природні або напівсинтетичні полієнових антибіотики. Першим протигрибковим лікарським засобом ще в середині минулого століття став ністатин, який був виділений з культури стрептоміцетов. У цей період в медичну практику було включено багато полієнових антибіотики, отримані з різних грибкових культур - гризеофульвін, леворин та інші. Зараз отримали застосування вже поліени четвертого покоління. Загальна назва вони отримали завдяки наявності декількох подвійних зв`язків в молекулах.

Механізм дії полієнових антибіотиків обумовлений утворенням хімічних зв`язків зі стеролів клітинних мембран в грибку. Молекула поліена, таким чином, вбудовується в клітинну мембрану і утворює іонний провідний канал, через який компоненти клітини проходять назовні, приводячи до її ліквідації. У малих дозах поліени володіють фунгістатичною дією, а в високих - фунгіцидною. Однак їх активність не поширюється на бактерії і віруси.

Поліміксини - природні антибіотики, продукуються грунтовими спороутворюючими бактеріями. У терапії вони знайшли застосування ще в 40-х роках минулого століття. Ці препарати відрізняються бактерицидну дію, яка зумовлена пошкодженням цитоплазматичної мембрани клітини мікроорганізму, що викликає його загибель. Поліміксини ефективні проти грамнегативних бактерій і рідко викликають звикання мікроорганізмів. Однак занадто висока токсичність обмежує їх застосування в терапії. З`єднання цієї групи - поліміксину В сульфат і поліміксину М сульфат використовують рідко і лише як препарати резерву.

протипухлинні антибіотики

Актіноміцини продукуються деякими променистими грибками, надають цитостатичну дію. Природні Актіноміцини за будовою є хромопептідамі, які відрізняються амінокислотами в пептидних ланцюгах, що визначають їх біологічну активність. Актіноміцини привертають пильну увагу фахівців як протипухлинні антибіотики. Механізм дії їх обумовлений утворенням досить стійких зв`язків пептидних ланцюгів препарату з подвійною спіраллю ДНК мікроорганізму і блокуванням внаслідок цього синтезу РНК.

Дактіноміцін, отриманий в 60-і роки 20 століття, став першим протипухлинним препаратом, що знайшли застосування в онкологічній терапії. Однак через велику кількість побічних ефектів цей препарат використовується рідко. Зараз отримані більш активні протипухлинні препарати.

Антрацикліни - надзвичайно сильні протипухлинні речовини, виділені з стрептоміцетов. Механізм дії антибіотиків пов`язаний з утворенням потрійних комплексів з ланцюжками ДНК і розриві цих ланцюгів. Можливий і другий механізм антимікробної дії, обумовлений продукуванням вільних радикалів, що окислюють ракові клітини.

З природних антрациклинов можна назвати даунорубіцин і доксорубіцин. Класифікація антибіотиків за механізмом дії на бактерії відносить їх до бактерицидну. Однак їх висока токсичність змусила шукати нові сполуки, які були отримані синтетичним шляхом. Багато з них успішно застосовуються в онкології.

Антибіотики давно увійшли в медичну практику і людське життя. Завдяки їм були переможені багато хвороб, які протягом багатьох століть вважали невиліковними. В даний час існує таке розмаїття цих сполук, що потрібно не тільки класифікація антибіотиків за механізмом і спектру дії, але і за багатьма іншими характеристиками.