ANTIBIOTIKUMOK. Szekunder metabolizmus. Az antibiotikumok alkalmazási területei. Mik is az antibiotikumok? Szekunder metabolizmus. Egy kis történelem

Pécs Miklós: Biotermék technológia 2.

6. fejezet: Antibiotikumok

Szekunder metabolizmus

ANTIBIOTIKUMOK

Foszfor szabályzás: – befolyásolja mikroba növekedési sebességét, annak mértékét, szénhidrát égetésének sebességét – bizonyos koncentráció felett negatívan szabályoz, (hozzájárul a gyors C égetéshez) – túl nagy koncentrációja a szintetáz enzimek képződését gátolja alacsony indulási P koncentráció, csak annyi, hogy a szaporodási szakasz végére elfogyjon. Enzim indukció: – A kulcsenzimek némelyike indukálható speciális tápanyaggal pl: metionin cephalosporin 4

Mik is az antibiotikumok?

Az antibiotikumok alkalmazási területei

Mikroorganizmusok által termelt szekunder metabolitok, melyek más mikroorganizmusokat elpusztítanak vagy gátolják fejlődésüket. Másodlagos anyagcseretermékek: Termelésük nem kapcsolódik közvetlenül az energia-termeléshez, a növekedéshez. Csak a tenyésztés késői szakaszában indul meg, általában valamilyen tápanyag limit kialakulásával – „kínjában termeli”. Hasznosságuk csak közvetett, termelésük sokszor látszólag értelmetlen. Lehetnek például: antibiotikumok, pigmentek, nyálkaanyagok, tokanyagok, toxinok, stb.

Humán gyógyászat: mikrobiális fertőzések gyógyítására (a hatékony koncentrációban az emberi szervezetet ne károsítsa) Rákellenes antibiotikumok: citosztatikus hatásúak, a kemoterápia eszközei Állatgyógyászat Állattenyésztésben: takarmány-adalékként Biokémiai, mikrobiológiai kutatásokban (szelektív inhibítorok) Növénypatogének ellen - mezőgazdaságban (egyre kevésbé) Élelmiszeriparban – konzerválás (egyre kevésbé) 2

Szekunder metabolizmus

5

Egy kis történelem

Szénforrás szabályozás: katabolit represszió – ha bőségesen van hozzáférhető C-forrás, akkor az elsődleges anyagcsere pörög, nincs termékképzés. – glükóz limit (adagolás apránként), vagy – lassan metabolizálható C-forrás, pl. poliszacharidok (keményítő, dextrin), laktóz, növényi olajok. Nitrogén szabályozás: változó, de a sok N általában a növekedésnek kedvez elsődleges anyagcsere – Az ammónium sók gyakran represszálják a termékképzést, inkább szerves N-forrás (szójaliszt, kukoricalekvár) – fed batch – adagolással alacsony szinten tartani a koncentrációt. 3

BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék

1889 - antibiózis ↔ szimbiózis (Viullemin) 1912 - Salvarsan, szerves arzén származék, vérbaj ellen, (Ehrlich-Hata) 1936 - Szulfonamidok (p-amino-szulfonsav-amidok), Domagk 1929 – penicillin észlelése, Fleming 1944 – a penicillin ipari gyártása, szubmerz tenyészetben 1944 – 1960 új antibiotikumok felfedezésének korszaka 1950 félszintetikus származékok 1990 nincsenek új molekulák, a szabadalmak lejártak generikus termékké váltak, verseny a piacon. 6

1



Antibiotikumok

Mikrobák ellenállóképessége

Az elmúlt 80 évben kb. 12-13 ezer antibiotikumot fedeztek fel. A humán gyógyszer piacon ebből ~2-300 molekula van. Ennek ~10 %-át gyártják fermentációs úton, ~80 %-ot ezek kémiai módosításával, félszintetikusan, néhányat szintetikusan. Miért ilyen kevés? - toxicitás - nem elég hatásos, van nála jobb - mellékhatások - rezisztencia

Természetes rezisztencia: állandó, örökletes tulajdonság, specieszekre, nagyobb rendszertani egységekre jellemző Szerzett antibiotikum-rezisztencia: természetes érzékenységi spektrum örökletes megváltozása generációk között – egy fajon belül is lehet egyedenként különböző Ez is lehet antibiotikum csoportosítási szempont!

7

Termelő mikroorganizmusok

10

Mikrobák érzékenysége

Sugárgombák (Actinomycetes, elsősorban Streptomyces) → ~ 65 % Egyéb baktériumok → ~ 12 % Fonalas gombák (elsősorban Penicillium, Cephalosporium törzsek) → ~ 22 %

8

Az antibiotikumok csoportosítása

A szerzett rezisztencia formái

Csoportosítani lehet

1. A céltárgy (fehérje, receptor) megváltozása 2. A sejtmembrán átjárhatóságának megváltozása (permeabilitási mutáns, nem jut be a molekula) 3. Enzimes inkativálás (bontás, vagy származékképzés) A genetikai változás történhet kromoszóma vagy plazmid szinten.

» kémiai szerkezet » hatásmechanizmus, támadáspont » hatásspektrum » bioszintézis út » orvosi alkalmazás Mi most:

11

szerint

1. támadáspont

Penicillin típusú rezisztencia: fokozatosan alakul ki, generációról generációra. Sztreptomicin típusú rezisztencia: ugrásszerűen alakul ki, általában egy plazmid megjelenésével.

1.1. kémiai szerkezet szerint tárgyaljuk

9


12

2



A. SEJTFALSZINTÉZIST GÁTLÓ ANTIBIOTIKUMOK I. β-LAKTÁM VÁZAS ANTIBIOTIKUMOK

A penicillin enzimes inaktiválása A β-laktamáz enzimek (sokféle van) felnyitják a négytagú gyűrűt.

(PENICILLIN CSOPORT) Penicillinek Szerkezet:

6-amino-penicillánsav, 6-APA Cys

Val 13

16

A penicillin tulajdonságai

Csoportosítás hatásmechanizmus szerint:

Fizikai: színtelen, vízben jól oldódik, 4 aszimmetria-centrum (= forgatás), nincs UV elnyelése Kémiai: gyenge sav, alkáli sóit forgalmazzák BOMLÉKONY! Savak, lúgok és enzimek hatására többféle reakcióban is gyorsan bomlik. Analitikai reakciók: - jód oldattal titrálható - hidrazin + Fe ionokkal színreakció 1 biológiai egység: 50 ml-nyi standard összetételű tápoldatban éppen meggátolja egy adott Staphylococcus aureus törzs szaporodását. 1 IU = 0,6 μg G-penicillin Na sónak felel meg.

Sejtfal szintézist gátlók – peptidoglükán szintézist befolyásolják (penicillin, bacitracin, vankomicin) Fehérjeszintézist gátlók – tetraciklinek, sztreptomicin, eritromicin Sejtmembránra hatók – poliének, ciklopeptidek DNS függő RNS polimerázra hat – rifampicin DNS replikációra hatnak - citosztatikumok 14

17

G-penicillin/benzil-penicillin

Csoportosítás hatásmechanizmus szerint:

Az R oldallánc fenilecetsav Ez a fermentált alapmolekula, ebből gyártják a többit. Savra érzékeny vegyület, a gyomorsav elbontja, ezért szájon át nem szedhető, csak kapszulában.

15


18

3



A penicillin story

A gyártás lépései:

1929 A. Fleming, kioltási gyűrű, Penicillium notatum Izolálás, tisztítás, szerkezetfelderítés nehezen ment 1940 hadianyaggá válik 1943 klinikai kipróbálás felületi tenyészet, Penicillium chrysogenum 1944 2,5 tonna szubmerz tenyészet, mutációs törzsjavítás 1946 32 tonna 1952 Magyarországonis, GYOKI 1980 kb. 30.000 tonna

1. Törzsfenntartás 2. Inokulum lépcső(k) 3. Főfermentáció 1. ”Fed batch”, rátáplálásos szakaszos, glükóz limit 2. Vágás: kb. 80.000 IU/ml ~ 5 % -os oldat 4. Feldolgozás, kulcslépése: extrakció: savasban extrahálható, de ott gyorsan bomlik » hűtés » rövid kontaktidő 19

A penicillin bioszintézise

22

Törzsnemesítés Célok: – hozamnövelés, – fermentációs illetve feldolgozási kritériumok szerinti hatékonyság növelés – az eredeti pigment-termelés megszüntetése

Három aminosavból alakul ki egy tripeptid. Többszöri gyűrű-átrendeződések után alakul ki a β-laktám váz.

Eszközök: – a génmanipuláció igen bonyolult (sok gén vesz részt a folyamatban), a titernövekedés túlnyomó részét a régi (65 év – több ezer lépés) mutációs–szelekciós törzsjavítással érték el (~2-3 ppb ~50.000 ppb)

A templát α-amino-adipinsav, a végén lecserélődik egy másik savra, felszabadul és visszakerül a folyamat elejére.

20

23

A penicillin gyártás fejlesztése

Fermentáció

Fermentációs úton, a szintézis nem gazdaságos. A technológia fejlesztése két fő irányban mehet:

Jellegzetes szekunder metabolit fermentáció, két szakasza van:

Törzsmunka (biológia): – törzsizolálás – indukált mutáció – szelekció – törzsfenntartás

Technológia (mérnöki): – Felületi/szubmerz – Prekurzorok (4-8 x) – tápoldatoptimálás – anyagcsereszabályozás (cukorlimit, C/N, Fe ion) – Levegőztetés, reaktor – Szabályozások (pH, t)

21


Első szakasz (kb. 40 h): a sejtek elszaporítása, jó tápanyagellátás intenzív levegőztetés, keverés, elsődleges anyagcsere. Tápanyagforrások az első szakaszban: – szénforrások: néhány % cukor (glükóz, melasz), ami a szaporítás végére elfogy – nitrogén: ebben a szakaszban még lehet NH4 sók formájában, de jó, ha a végére elfogy – foszfor: foszfátként annyit kell bemérni a tápoldatba, hogy éppen elfogyjon a szaporodás végére 24

4



Fermentáció

Félszintetikus penicillinek

Második szakasz, termelő fázis: 120-160 h, többszörös tápanyag limit, kikényszerített másodlagos anyagcsere. Tápanyagellátás a második szakaszban: – Szénforrás: limitáció (régen: nehezen bontható vegyületek: laktóz, keményítő, ma glükóz adagolás apránként, az oldott oxigén szint alapján) – nitrogén: szerves vegyületek, fehérje formájában: CSL, szójadara, mogyoróliszt, esetleg kazein, halliszt → kis koncentráció, apránként adagolva – Foszfát: jelenlétében nem megy a másodlagos anyagcsere, ezért elfogyása után nem adagolnak többet – Prekurzor: fenil-ecetsav, mérések alapján adagolják, koncentrációját a 2-4 g/l sávban tartják.

Előállítás: oldallánc cserével 6-APAn keresztül A 6-APA előállítása:- G penicillin enzimes bontásával - direkt fermentációval - kémiai bontás A 6-APA is nagyon bomlékony, tárolás közben polimerizál, és reagál a légköri CO2-dal is. Acilezés: - enzimesen - kémiailag Enzimes folyamatok: ld. a penicillin-amidáz/aciláz -nál

25

A penicillin fermentáció lefutása

28

Félszintetikus penicillinek Szerkezet - tulajdonságok összefüggése: savtűrés: elektronszívó savamid kötést.

csoportokkal

lehet

védeni

a

penicillináz rezisztencia: sztérikus védőcsoportok hatásspektrum változtatás: -NH2 , -COOH, észter csoportok

26

Feldolgozás

29


Extracelluláris termék, csak ~1% található a micéliumban Kulcslépés: EXTRAKCIÓ A penicillin gyenge sav, a disszociált formája jól oldódik vízben, a nem-disszociált viszont szerves oldószerben. Az extrakcióhoz vissza kell szorítani a disszociációt (erősebb savval, pl. kénsav) – de: savas közegben bomlik! Megoldás: - hűtés, - rövid kontaktidő (kis méretű, folytonos reaktorban, aztán gyorsan szétválasztani szeparátorral) Észter típusú oldószerek (BuOAc, amilacetát) Reextrakció ~semleges vizes fázissal Kristályosítás K- vagy Na-só formájában Pigmentek eltávolítása aktív szénnel 27


Fermentált alapvegyületek:

30

5




A Gram-pozitív sejtfal térhálósítása

31

Hatásmód • csak a szaporodókat pusztítja el (nyugvósejteket nem, → szelekció) • a falszintézist gátolja (abnormális alakok, protoplasztok) A hatásmechanizmus megértéséhez ismételjük át a bakteriális sejtfal szerkezetét és bioszintézisét. N-acetilmurámsav, AM

34

A penicillin a D-Ala-D-Ala láncvég szerkezet-analógja penicillin

D-Ala-D-Ala Irreverzibilisen kapcsolódik a transzpeptidázhoz → a falszintézis leáll → ionkiáramlás

N-acetilglükózamin, AGA 32

A Gram-pozitív sejtfal szerkezete

35

A penicillin hatásmechanizmusa

lizozim

← AM—AGA—AM—AGA—AM—AGA—AM →

alaplánc | L-Ala | D-Glu | Gly—Gly—Gly—Gly—Gly—L-Lys—D-Ala—D-Ala térhálósodás 33


36

6



Cefalosporinok

A penicillin orvosi tulajdonságai Brotzu (1948), Cephalosporium acremonium

Hatásspektrum: elsősorban Gram + ellen, a modern félszintetikus származékoké szélesebb

7-amino-cefémsav OMe |

Rezisztencia: fokozatosan, sok generáció után jelenik meg (penicillin típusú rezisztencia) Bevitel: a savérzékenyek (pl. G) szájon át nem adhatók, a többi bárhogyan Adagolás: pl.: Maripen: 500.000 IU/tabletta

Cephamicinek:: 7-OMe

3x /nap

7-amino-cefalosporánsav Oldalláncok: R = α-amino-adipinsav, X=CH2OAc - Cephalosporin C R = fenil-glicin, X=CH2OAc - Cephalexin 4 generációban közel ötven félszintetikus molekula

Penicillin érzékenység: régen a szennyezések miatt, ma valódi allergia (haptének)

37

A penicillin orvosi tulajdonságai

40

A cefalosporinok Előállítása: – C. acremoniummal Cef-C fermentáció, ebből oldallánc cserével félszintetikus származékok – V-penicillinből 3 kémiai lépéssel ki lehet tágítani a gyűrűt cefémsavvá, aztán oldallánc csere Tulajdonságai: – Stabilitásuk jobb, mint a penicillineké – Hatásspektrumuk szélesebb – Rezisztensek sok penicillinázra (de vannak más béta-laktamázok, amelyek specifikusan ezt bontják) 38

41

A cefalosporinok előállítása Bioszintézis: a penicillinéből ágazik el – αAAA, Cys, Val Anyagcsere-szabályozás: - katabolit-represszió: nehezen bontható cukrok, illetve szabályozott glükóz adagolás - N- és P-szint: alacsonyan tartani, szabályozni, vagy MgO adagolás → MgNH4PO4, rosszul oldódó só - Cys prekurzor: lizálja a sejteket, ezért inkább tioszulfát, erre rezisztens mutánsok - αAAA prekurzor: drága, inkább Lys, vagy kadáverin - amino-donorok: 1,3-diamino propán, dimetil-formamid

További β-laktám vázak

39


42

7



A cefalosporinok előállítása

Klavulánsav

Az oldallánc-csere kémiailag is megoldható (stabilabb az alapmolekula), a köztitermék a 7-ACS 7-ACS-ból a C-7 és C-3-as szénen történő származékképzéssel sokféle félszintetikus termék állítható elő.

Nincs antibiotikus aktivitása! Penicillinekkel együtt adagolják, mert szerkezetanalógja penicillineknek → kompetitív inhibícióval gátolja a bontó enzimeket (penicillináz, béta-laktamáz) → rezisztens törzsek elpusztítására is alkalmas.

43

Első generációs cephalosporinok

Pl.: Cephalothin

46

B. FEHÉRJESZINTÉZIST GÁTLÓ ANTIBIOTIKUMOK I. AMINOGLIKOZID ANTIBIOTIKUMOK Szerkezetük: aminocsoportokkal szubsztituált cukrok, pszeudocukor (inozit) Tulajdonságok: vízben jól oldódnak kationos jelleg (szulfát sók) stabil, ellenálló molekulák „sztreptomicin típusú” rezisztencia toxicitás: vese és belső fül (mert felhalmozódnak)

Cephalexin

44

További példák további generációkból

47

SZTREPTOMICIN Waksman (1944), célzott kutatás TBC ellenes metabolitra. Streptomyces griseus Bioszintézis: részenként, a cukoranyagcseréből, glükózamin, inozit

45


48

8



Sztreptomicin 2.

NEOMICIN 2.

Előállítás: fermentációval. Feldolgozás kulcslépése: kation csere Hatásmód: a riboszóma 30S alegységének S12 fehérjéjéhez kötődik. (az S12 mutációja rezisztenciát okozhat) 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 Hatásspektrum: Gram Θ, M. tuberculosis, coccusok

Előállítás: fermentációval, feldolgozás: ioncsere, sóképzés Hatásmód: támadáspont a riboszóma kis (30S) alegysége, de máshol, mint a sztreptomicin, nem sztöchiometrikus Hatásspektrum: Gram Θ ellen Kinetika: felszívódása rossz Alkalmazás: csak bélfertőtlenítésre vagy külsőleg a toxicitás miatt (pl. szemcsepp) Toxicitás: belső fül és vesekárosodás Rezisztencia: enzimes inaktiválások, összesen 10 ponton -NH2-csoportok acilezése -3',5" OH foszforilezése -4' OH adenilezése

49

Sztreptomicin 3.

52

GENTAMICIN

Rezisztencia:» a riboszóma S12 fehérje nem köti » enzimesen: -3" adenilezés, -3" foszfatáz, - 3',6 difoszfatáz, -6 foszfatáz » egylépcsős, „sztreptomicin típusú” Farmakokinetika: - felszívódás emésztőcsatornából: rossz, ezért injekció formájában adják, felezési ideje kb. 2,5 óra - kötődés plazmafehérjékhez: 20-30 % - metabolizmus: gyakorlatilag nincs - vizelettel ürül 50-60 % Adagolás: 0,7 - 1,5 g/nap, parenterálisan Toxicitás: belső fül (hallás, egyensúlyzavar), vesekárosító

Weinstein (1958), Micromonospora purpurea (tényleg lila) Szerkezete: kb. 20 komponens, gyógyszerként a C1a Tulajdonságok: vízoldható, stabil, sót képez

50

NEOMICIN

53

GENTAMICIN 2. Előállítás: fermentációval, a komponensarány irányítható a levegőztetés intenzitásának változtatásával

Waksman (1940), Str. fradiae törzsben, több komponens Szerkezete: (C)

Hatásmód: a 30S riboszómán, közel azonos támadáspont a többi aminoglikoziddal Hatásspektrum: széles, Gram Θ, Pseudomonas, Staphylococcus, Aerobacter, Klebsiella, Streptococcus, Proteus, Escherichia, Mycobacterium törzsek ellen. Rezisztencia: ritkább, mert kevesebb inktiválási pont van (csak 4!), nincs olyan -OH, amit foszforilezni vagy adenilezni lehetne („kopasz cukrok”) Igen stabil, autoklávozható

Részleges keresztrezisztencia a sztreptomicin csoporttal. 51


54

9



GENTAMICIN 3.

2. TETRACIKLINEK Szerkezet: négy gyűrű, ebből csak egy aromás

Farmakokinetika: Felszívódás: orálisan alig; im. gyors, maximum 1 óra után, 2-3 mg/l, felezési idő 90 perc Kiürülés: 85-95% vesén át, 80-170 mg/l Toxicitás: fül és vese, a kisebb hatásos koncentrációk miatt kevésbé, mint pl. a többi aminoglikozid

R1

R2

R3

CTC (klórtetraciklin)

Cl

CH3

H

Alkalmazás: im. 80-120 mg/nap

TC (tetraciklin)

H

CH3

H

OTC (oxitetracilin)

H

CH3

OH

DMCTC(demetilklór-tetraciklin)

Cl

H

H

urogenitális fertőzések, égési sérülések fertőzése ellen, kórházi (polirezisztens) törzsek ellen

58

55

TOBRAMICIN

TETRACIKLINEK 2.

Előbb állították elő félszintetikusan kanamicinből, csak később izolálták fermentléből (Str. tenebrarius). (Nebramicin komplex: tobramicin, apramicin, kanamicin, sisomicin, stb)

Tulajdonságok: ikerionos, 3 disszociációs lépcső, 3 pK kelátképző (Ca2+, Mg2+, Fe2+) pl. tej (Ca 2+); a csontban kötött Ca-mal is kelátot képez → fogelszíneződést okozhat. bomlékony: a sok kettős kötés miatt, savas, semleges és lúgos közegben más-más úton → túladagolják Szerkezet – tulajdonságok összefüggése: minden szubsztituens kell a hatáshoz, egyedül a savamid szubsztituálható (pirrolidino-metil).

56

59

Szerkezet:

TOBRAMICIN 2.

TETRACIKLINEK 3.

Előállítás: 1. fermentációval - tobramicinre célzottan izolált Str. tenebrarius 2, szintetikus úton kanamicinből BIOGAL technológia, jogvita, piacmegosztás: fix mennyiséget adhattak el A TEVA-Biogal gyártja Brulamicin néven. Ebből is kevés kell: 80-160 mg/nap. Húgyutak fertőzéseire. Ha a koncentráció a vérszérumban 3-10 mg/l, akkor a vizeletben 100-300 mg/l ! 57


HATÁSMÓD: a fehérjeszintézist gátolja, a 70 S riboszómához kötődik, az aminoacil-tRNS kötődését gátolja. HATÁSSPEKTRUM: széles: Gram+, Gram-, nagy vírusok, átmeneti törzsek (mikoplazmák, rickettsiák, miyagavanellák) ellen; Széles spektrumú, életmentő antibiotikum. KINETIKA: Felszívódás: per os: rossz (bomlás) 15-30 %, max 2-4 óra múlva 2-3 µg/ml; Felezési idő: 5 - 8 óra Metabolizmus: szöveti alig, bomlás az emésztőcsatornában Kiürülés: vesén át, per os: 15-25 %; parentálisan: 50-70 % 60

10



A TETRACIKLINEK BIOSZINTÉZISE

TETRACIKLINEK 4. MELLÉKHATÁSOK: bélflóra szelekció → vitaminhiány → élesztők májkárosodás (veseelégtelenség esetén) fotodermatózis fogak elszíneződése ADAGOLÁS: 1-2 g/nap, 3-4 részletben Doxiciklin: 200 mg/nap, egyszerre! REZISZTENCIA: ritka, keresztrezisztencia csak egymás között, lassan alakul ki

A szekunder metabolizmusnál nem mindig megy végig a redukció, hanem valamelyik lépcsőn (=O, -OH, C=C) megáll. Ebben az esetben a szénláncon minden második atomon jelenik meg a szubsztituens („szögesdrót” szerkezet). A tetraciklinek bioszintézisénél a ketocsoportok ismétlődnek (= poliketid).

61

TETRACIKLINEK 4.

64

TETRACIKLINEK BIOSZINTÉZISE 2. Indítás: 1 malonil-amid, 8 acilcsoport

62

A TETRACIKLINEK BIOSZINTÉZISE

65

TETRACIKLINEK BIOSZINTÉZISE 3.

Poliketid típusú: a zsírsavszintézis reakciói: Keto-enol átrendeződések, aromás gyűrűk jönnek létre

63


66

11



KLÓRTETRACIKLIN (CTC, aureomicin ) Duggar (1948), Streptomyces aureofaciens

(a legelső)

TULAJDONSÁGOK: - HCl–ja fénylő, sárga kristályos; - fotoszenzitív, de O2-re stabil; - vízben jól, alkoholban rosszul oldódik; - keserű ízű. ELŐÁLLÍTÁS: fermentációval; klórozás: Cl ion egy lépésben épül be. Br analóg is képződhet.

DOXYCYKLIN (Vibramycin) Négy szintetikus lépéssel OTC-ből állítható elő. Szerkezete: A metilcsoportra nézve racém. Mind a két alak hatékony, de az α 3x jobb. Sokkal stabilabb, mint a többi tetraciklin, jobb a felszívódása, lassabban ürül ki. Emiatt elég naponta egyszer adni. (Savtűrő kapszulában 100 mg) Felezési ideje 15-22 óra!

67

70

TETRACIKLIN (TC)

C. MEMBRÁNFUNKCIÓT KÁROSÍTÓ ANTIBIOTIKUMOK

ELŐÁLLÍTÁS: a. Előbb félszintetikusan a CTC hidrogénezésével:

PEPTID ANTIBIOTIKUMOK

b. Később fermentációval : - hiányzott a klórozó enzimrendszer - halogénhiányos tápoldat - halogénezést gátló szerek, pl. rodanidok (KSCN) 68

71

OXITETRACIKLIN (OTC, terramicin)

CIKLOPEPTID ANTIBIOTIKUMOK

Finlay (1950), Str. rimosus, később tucatnyi más törzs TULAJDONSÁGOK: vízben nagyon jól oldódik (33 %), Még bomlékonyabb, pH = 2-8 -on kívül gyorsan elbomlik De: hatékony, nem toxikus és olyan olcsó, hogy érdemes többszörösen túladagolni.

KÖZÖS TULAJDONSÁGOK: - gyűrűs szerkezet, másodlagos merevítések, - D-aminosavak, ritka aminosavak is előfordulnak, - savra, proteázokra nem bomlanak, sőt enziminhibitorok, - nem szívódnak fel, - csak baktériumok ellen hatékonyak - toxikusak, ezért csak speciális esetekben alkalmazzák, - megváltoztatják a bélflórát, ennek következtében javul a takarmányhasznosítás,

69


72

12



A ciklopeptid antibiotikumok bioszintézise

GRAMICIDIN-S

NEM-riboszomális fehérjeszintézis, a peptid egy fehérje felszínén képződik (tiotemplát, multienzim komplex). Az aminosav kiválasztása nem a kodon-antikodon kapcsolódással megy, hanem magát az aminosavat ismerik fel az aktív centrumok, emiatt kevésbé pontos és szelektív.

Az enzimrendszer in-vitro is működik, izolálták, oszlopban rögzítették – így is működött (ATP, aminosavak). Hatásspektrum: Csak baktériumok ellen, azon belül is a Gram + ellen.

Ellentmond a genetika centrális dogmájának:

Alkalmazás: Nincsen humán felhasználása, ezért nincs is farmokinetika.

73

GRAMICIDIN-S

76

BACITRACIN

(1944) Bacillus brevis Szerkezet: dekapeptid (2∗ pentapeptid), H-hidak Az apoláros és poláros (Orn) oldalláncok detergens jelleget adnak – beépül a membránokba. Hatásmód: Detergensként membránkárosító.

Kórházi mintából (1945), Bacillus licheniformis Tulajdonságok: - kb. 10 féle változata van, - lúgos közegben bomlik, - nehézfémsók inaktiválják (pl. Cu2+), de kétértékű ionok kellenek a hatáshoz (a legjobb ezek közül a Zn2+), - biológiai egysége van.

Ile

74

Cys

77

A gramicidin-S bioszintézise

BACITRACIN 2.

2+2 enzimből álló tiotemplát, összesen tíz kötőhellyel. Minden kötőhely specifikusan felismeri a megfelelő aminosavat, és –SH csoporton tioészter formában köti meg.

Bioszintézis: Tiotempláton, mint az előzőek. Előállítás: Fermentációval. A folyamat gyors lefutású (baktérium, 24-30 óra), harmadik típusú (a szaporodás és termelés nem különül el élesen), nehezen irányítható, a hatóanyagot csak nagy időkéséssel lehet mérni (biológiai titrálással). Optimális pH és hőmérséklet profillal a folyamat lerövidíthető. Feldolgozás: cinkkomplex-képzés, porlasztva szárítás Hatásmód: Kettős: - membránkárosító, - sejtfal-szintézist gátló hatás.

Aktiválás ATP-vel (→tioészter), majd az aminosavak között létrejön a peptidkötés. ATP -SH + AS → -S-AS + H2O ADP 75


78

13



BACITRACIN 3.

VIOMICIN

Hatásspektrum: Elsősorban a Gram+ baktériumok ellen (mint a penicillin). Kinetika: Felszívódás: nincs, mert túl nagy, parentálisan sem adják, mert toxikus. Alkalmazás: Csak külsőlegesen (bőrre vagy emésztőcsatornába). Viszont takarmányadalékként nagyon jó (nagyon kevés kell, 4 g/t már hatásos), csökkenti az elhullást, javítja a takarmány/hús fajlagosokat. Takarmányadalékként Znvagy Mg-komplex formájában adagolják.

(1951-54), Streptomyces-ek (nem baktériumok) Szerkezet: nem-fehérjealkotó aminosavak Bioszintézis: tiotempláton Tulajdonságok: - erősen bázikus, - vörös kristályos, - vízben jól oldódik, - szulfátsóját forgalmazzák, - toxikus: vesére, belső fülre, elektrolit-háztartásra

79

82

POLIMIXIN B

VIOMICIN 2.

Bacillus polymyxa (1947) Tulajdonságok: - kationos detergens, – anionos detergensek csökkentik a hatását. – szulfátsó formájában stabil, – lúgos közegben elbomlik. Hatásmód: DAV = L-α,γ- diamino-vajsav detergensként membránkárosító.

Aki még nem vette észre, annak kimondjuk, hogy a viomicin minden részletében aminoglikozid antibiotikumként viselkedik, pedig ciklopeptid. Hatásmód: riboszómán kötődik, fehérjeszintézist gátol, keresztrezisztencia a sztreptomicinnel – azonos a támadáspont. Hatásspektrum: a lényeg: M. tuberculosis ellen hatásos, bár a rezisztencia gyorsan kialakul. Kinetika: Felszívódás: per os kevés, ezért parentálisan; Kiürülés: vesén át, 65-100 % /24óra Alkalmazás: TBC ellen tartalék; napi 1g 80

83

POLIMIXIN B

CIKLOSPORIN

Hatásspektrum: GramΘ baktériumok ellen hatékony, ezzel kiegészíti a bacitracin spektrumát (E. coli, Ps. auriginosa). Kinetika: Felszívódás: a polimixin B nem szívódik fel, de a metánszulfonátja igen. Viszont ezt is im adják (így kevésbé toxikus). Csúcs 2 óra után 2 µg/ml, t1/2 kb. 6 óra. Kiürülés: 40-60 % a vizelettel. Alkalmazás: Ez is toxikus, de a peptid antibiotikumok közül mégis a legalkalmazhatóbb. Csak speciális és indokolt esetekben adják. 81


(1973), Tolypocladium inflantum, Cylindrocarpon lucidum Szerkezet:

Tulajdonságok: Nagyon apoláros, vízben roszszul oldódik

84

14



CIKLOSPORIN 2.

VANKOMICIN 2.

Bioszintézis: nem riboszómális, tiotempláton megy, a metilcsoportokat S-metil-metionin adja Előállítás: fermentációval; feldolgozás: az intracelluláris terméket a biomasszából oldószerrel extrahálják. Hatásmód: Egyes mRNS-ek átírását gátolja → egyes sejtek osztódását gátolja → a T-limfociták nem aktiválódnak → immunszupresszív hatás. Hatásspektrum: eukariótákra hat; gombák és paraziták ellen is használható, de főként immunszupresszióra.

Nocardia (Streptomyces) orientalis (1956) Tulajdonságai: HCl-val fehér kristályokat alkot, savas közegben stabil. Vízben jól, alkoholokban, acetonban roszszul oldódik. UV max 282 nm-en. Bioszintézis: tiotempláton, aromás aminosavak származékaiból (pOH-fenilglicin, Asp, mCl-(β-OH)-tirozin, N-metilleucin) + glükóz Előállítás: fermentáció, N. orientalis, N. lurida Feldolgozás lehet: - kationcserélő, majd kicsapás - affinkromatográfia - oldószeres extrakció

85

CIKLOSPORIN 3.

88

VANKOMICIN 3.

Kinetika: Felszívódás: szájon át is (bár nagy és apoláros); Metabolizmus: Máj oxidál, amit lehet, de a gyűrű megmarad. Kiválasztás: 90 % epével, 6 % vesén át; Alkalmazások: Szervátültetéseknél és autoimmun gyulladások ellen. Per os és iv; Mellékhatás: vesekárosítás ( Na+- és vízháztartás )

Hatásmód: a falszintézist gátolja, az L-Lys-D-Ala-D-Ala végződéssel kötődik Hatásspektrum: szűk, Gram+, elsősorban kokkuszok Rezisztencia: keresztrezisztencia nincs Kinetika: Felszívódás: nincs, (túl nagy a molekula), i.v. adva a felezési idő 2-4 óra, kúrában a koncentráció 10-25 mg/l Kiürülés: a vesén át Alkalmazás: iv, szűk spektrumú penicillinhelyettesítő, de: polirezisztens kórházi törzseknék ez az utolsó védővonal, ha már semmi sem segít.

86

89

ORITAVANCIN

VANKOMICIN Szerkezete: rémületes

87


90

15



TEICOPLANIN

91

DALBAVANCIN

92


16

ANTIBIOTIKUMOK. Szekunder metabolizmus. Az antibiotikumok alkalmazási területei. Mik is az antibiotikumok? Szekunder metabolizmus. Egy kis történelem

Recommend Documents