Використання пеніцилінази в біотехнології






    Головна сторінка





Скачати 19.73 Kb.
Дата конвертації30.11.2017
Розмір19.73 Kb.
Типреферат

Федеральне агентство з охорони здоров'я і соціального розвитку РФ

Гоу ВПО «Самарський Державний

Медичний Університет Росздрава »

Кафедра фармацевтичної технології

реферат

по біотехнології

на тему:

Використання пеніцилінази в біотехнології

виконавець:

студентка 6 курсу 64 групи

Трошина Марія Володимирівна

керівник:

зав. кафедрою

фармацевтичної технології,

доктор фармацевтичних наук,

професор Первушкін С.В.

Самара 2009


зміст

Вступ. 3

1. пеніциліназою. Загальні відомості. 5

2. Класифікація, властивості і механізм дії пеніциліназ. 7

3. Використання пеніцилінази в біотехнології. 8

4. Інгібітори беталактамаз. 9

Висновок. 11

Список літератури .. 14


Вступ

Під резистентністю (стійкістю) розуміють здатність мікроорганізму переносити значно великі концентрації препарату, ніж інші мікроорганізми даного штаму або розвиватися при таких концентраціях, які перевищують досягаються в макроорганизме при введенні антибіотиків, сульфаніламідів в терапевтичних дозах.

Резистентні штами мікроорганізмів виникають при зміні геному бактеріальної клітини в результаті спонтанних мутацій. В процесі селекції в результаті впливу хіміотерапевтичних сполук чутливі мікроорганізми гинуть, а резистентні зберігаються, розмножуються і поширюються в навколишньому середовищі. Придбана резистентність закріплюється і передається у спадок наступним генераціям бактерій.

Пеніциліни - велика група лікарських препаратів, що мають певне спорідненість хімічної будови, механізмів дії, фармакологічних, клінічних ефектів. Ці препарати називають β-лактамними антибіотиками, що обумовлено наявністю в їх структурі загального для всієї групи чотиричленного лактамного кільця.

Все пеніциліни мають однакову будову основної групи, яка представлена ​​тиазолидинового кільцем, сполученим з β -лактамних кільцем, і мають аміногрупу - 6-амінопеніцілановая кислота (6-АПК).

Різні пеніциліни відрізняються будовою радикала молекули бічного ланцюга, активністю і спектром дії. Важливі, з точки зору клінічного використання, представники пеніцилінів можна розділити на кілька груп:

- які мають найвищої активністю щодо грамполо-тивних мікроорганізмів і слабкою щодо грамнегативних видів, а також гідролізуемих бета-лактамаз (пеніцилін G);

- щодо резистентні до дії бета-лактамаз стафілококів, але з більш низькою активністю щодо грампозитивних мікроорганізмів і не діють на грамнегативні (нафіціллін, метаціллін);

- щодо високоактивні проти грампозитивних і грамнегативних мікроорганізмів, але руйнуються бета-лактамазами (карбеніцилін, тикарцилін);

- препарати з відносною кислотоустойчивостью і придатні для перорального застосування - (пеніцилін V, ампіцилін, клоксацилін).

Структурна єдність ядра 6-АПК істотно для прояву біологічної активності молекул. При ферментативному розщепленні бета-лактамних кільця бактеріальними бета-лактамазами (пеніциліназами) з утворенням неактивної пеніциланової кислоти антибіотик позбавляється своїх антимікробних властивостей.

Одна з основних причин, що викликають потребу в створенні та впровадженні в медичну практику нових беталактамного антибіотиків, - поширення серед патогенних мікроорганізмів здатності продукувати ферменти, що каталізують розщеплення беталактамного кільця у пеніцилінів, впроваджених в медичну практику. Вони отримали назву пеніциліназ відповідно до їх субстратної специфічністю і вибірковістю дії на пеніциліни.

Один з можливих способів боротьби з резистентністю - хімічна трансформація молекул антимікробних речовин, зокрема антибіотиків, спрямована на створення нових препаратів, активних у відношенні антибіотико-стійких мікроорганізмів. Шляхом трансформації були синтезовані напівсинтетичні пеніциліни і цефалоспорини, нечутливі до дії бета-лактамаз: метицилін, оксацилін, діклоксаціллін, цефамандол, цефуроксим, цефсулодін і ряд інших.


1. пеніциліназою. Загальні відомості

Пеніцилінази (бета-лактамази) - ферменти, що розривають β-лактамні кільце пеніцилінів і цефалоспоринів.

Синтезуються грампозитивними (бацилами, клостридії, стафілококи і ін.) І деякими грамнегативними (напр., Протеєм) бактеріями.

Гени, що кодують синтез β-лактамаз, знаходяться в бактеріальної хромосомі або R-плазміди і можуть передаватися іншим особам трансдукцией або трансформацією.

Продуценти пеніциліназ стійкі до більшості препаратів пеніцилінового і цефалоспоринового рядів.

Бета-лактамази розширеного спектру є плазмідними ферментами, продукція яких є спільною для сімейства Enterobacteriaceae, особливо для Klebsiella pneumoniae.

Пеніцилінази (бета-лактамази) - ферменти, що розривають β-лактамні кільце пеніцилінів і цефалоспоринів.

Синтезуються грампозитивними (бацилами, клостридії, стафілококи і ін.) І деякими грамнегативними (напр., Протеєм) бактеріями. Гени, що кодують синтез β-лактамаз, знаходяться в бактеріальної хромосомі або R-плазміди і можуть передаватися іншим особам трансдукцией або трансформацією.

Продуценти пеніциліназ стійкі до більшості препаратів пеніцилінового і цефалоспоринового рядів.

Бета-лактамази розширеного спектру є плазмідними ферментами, продукція яких є спільною для сімейства Enterobacteriaceae, особливо для Klebsiella pneumoniae.

Ферментативне розщеплення (гідроліз) беталактамного кільця веде до повної інактивації беталактамного антибіотика. Це було показано на прикладі бензилпеніциліну ще в 1940-х рр. Е.Чейном, вперше очистили пеніцилін. Продукт ферментативного розщеплення пеніциліну - пеніціллоіновая кислота повністю не активна. Це легко пояснити, так як механізм дії беталактамного антибіотиків пов'язаний саме з розщепленням беталактамного кільця і ​​ацилированием гідроксильної групи серину в активному центрі ферментів-мішеней.

У разі ж пеніциліназ беталактамного кільце також розщеплюється, і антибіотик швидко звільняється з активного центру цих ферментів з приєднанням атома водню і гідроксилу.

У теперішній час пеніцилінази складають велику групу однакових за механізмом дії, але відрізняються за субстратної специфічності ферментів, об'єднаних під загальною назвою «беталактамаз».

Найбільш часто лікарська стійкість пов'язана зі здатністю мікроорганізмів виробляти ферменти, инактивирующие антибактеріальні препарати.

Характерний приклад стійкості цього типу - здатність бета-лактамаз (пеніциліназ) бактерій гідроліеіровать бета-лактамні кільця та цефалоспоринів. В результаті розриву бета-лактамной зв'язку антибіотики втрачають свою специфічну активність щодо мікроорганізмів.

Бета-лактамази бувають як широкого спектра дії, що розщеплюють пеніциліни і цефалоспорини, так і вузького - активні відносно тільки однієї з груп цих антибіотиків. Пеніцилінази грампозитивнихмікроорганізмів служать індукованими ферментами, тому їх синтез починається лише в момент контакту бактерії з бета-лактамами. При цьому пеніциліназа вивільняється з бактеріальних клітин і інактивує антибіотик в міжклітинному просторі.

У той же час бета-лактамази грамнегативних бактерій Детоксицирующие антибіотик в Периплазма. Таким чином, вони інактивують проникли через зовнішню мембрану бета-лактами ще до того, як антибіотик зв'язався з ферментами, які беруть участь в синтезі клітинної стінки. Пеніцилінази резистентних грамнегативних мікроорганізмів синтезуються конститутивно і постійно знаходяться в Периплазма.

Відомо, що беталактамаз походять від транспептидаз і D, D-карбоксипептидази пептидогликана, т. Е. З ферментів-мішеней в бактеріальної клітці, необоротно інактівіруемой беталактама.

Гени беталактамаз, локалізуються як в бактеріальної хромосомі, так і в плазмидах, які не перебувають під таким суворим регуляторним контролем в клітці, як хромосомний генетичний матеріал, і можуть існувати в багатьох копіях, що підвищує кількість генів беталактамаз і рівень самих ферментів в клітці. Між хромосомами і плазмидами нерідко відбувається обмін генами, зокрема беталактамаз.

Дуже важливо, що гени беталактамаз, локалізовані в плазмиде, можуть передаватися при кон'югації разом з плазмидой в іншу клітку. Це означає, що плазмідні гени швидко поширюються по клітинної популяції, для чого не потрібно навіть ділення клітин.

Можливий і міжвидової перенесення плазмідних генів беталактамаз, наприклад, з клітини кишкової палички в клітку сальмонели і т.п.

2. Класифікація, властивості і механізм дії пеніциліназ

Беталактамаз можуть бути як констітуітівнимі (у одних штамів бактерій), так і індуцібельная (у інших штамів).

Іноді в одній клітці можуть виявитися дві різні беталактамаз, причому одна з них утворюється постійно, т. Е. Констітуітівно, тоді як інша виявляється, коли клітина потрапляє в середовище з беталактамного антибіотиком.

Здатність до індукції беталактамаз є негативним властивістю беталактамного антибіотиків з позицій медичної практики, тому нові беталактамние структури оцінюються при вивченні їх властивостей не тільки на стійкість до ферментативної інактивації, а й на здатність індукувати беталактамаз. Остання залежить від того, з якою метою, тобто з яким з РВРs зв'язується беталактаммий антибіотик, тому що саме РВРs є «сенсорами», що запускають складний механізм індукції беталактамаз.

Схематично цей механізм виглядає наступним чином: беталактамного антибіотик, що знаходиться в середовищі, реагує з одним з білків, що належать до РВРs. Його взаємодія з білком веде до зміни конформації цього білка

Змінюються біофізичні параметри білка, сигнал про це передається на спеціальний трансмембранний білок, молекула якого перетинає цитоплазматическую мембрану і виходить на її зовнішню поверхню.

Далі сигнал послідовно передається на перший і другий цитоплазматические білки, включені в систему індукції ферментів і, нарешті, на білок-репрессор, вже безпосередньо регулює експресію саме гена беталактамаз.

В результаті репрессор перестає пригнічувати експресію цього гена. Відповідно, починаються його експресія і синтез молекул інформаційної РНК, яка далі надходить в рибосомну систему, де на неї як на матриці синтезуються молекули беталактамаз.

Система індукції беталактамаз специфічна: на своєму початковому ділянці РВРs є первинними сенсорами на відміну від інших білків мембрани, а на кінцевій ділянці - білок репрессор специфічний тільки для гена беталактамаз.

3. Використання пеніцилінази в біотехнології

В даний час велике практичне значення має напівсинтетичний (біологічний + хімічний) спосіб отримання аналогів природного пеніциліну. Вихідним продуктом служить 6-амінопені-ціллановая кислота (6-АПК).

6-АПК отримують в результаті біосинтезу при розвитку Р.chrysogenum при відсутності попередника в середовищі або шляхом ферментативного дезацілірованія бензилпеніциліну або феноксиметилпенициллина за участю ферменту пеніціллінацілаз (пеніціллінамідази).

Другий спосіб найбільш перспективний. Використовується іммобілізована пеніціллінацілаз, яка гідролізує бензилпенициллин з утворенням 6-АПК і фенілоцтової кислоти.

Пеніціллінацілаз утворюється різними групами мікроорганізмів, в тому числі вона утворюється усіма продукують пеніцилін грибами. В даний час запропонований спосіб отримання іммобілізованих клітин Е. соli з високою пеніціллінацілазной активністю, придатних для багаторазового застосування.

Сама по собі 6-АПК не активна. Її піддають хімічному аці-лирование і отримують аналоги пеніциліну з поліпшеними або новими властивостями; деякі з них: оксацилін, ампіцилін, метицилін, амоксицилін і інші. Всього в даний час використовується близько чотирьох десятків таких препаратів.

4. Інгібітори беталактамаз

Серед беталактамного антибіотиків виявлені дуже активні індуктори беталактамаз і малоактивні, які застосовують для використання в клініці.

Перспективними методами в боротьбі з лікарсько-стійкими мікроорганізмами служить використання з'єднань, що пригнічують певні механізми резистентності в бактеріальної клітці. Найбільші успіхи в цьому напрямку досягнуто в результаті застосування неконкурентних інгібіторів бета-лактамаз, перший представник - клавулановая кислота.

Вона має слабку антибактеріальну активність, і як антибактеріальний препарат її не використовують. Основне її властивість - здатність необоротно інгібувати пеніцилінази грампозитивних і грамнегативних мікроорганізмів. Ця кислота проявляє синергізм щодо бета-лактамазообразующіх збудників в комбінації з ампіциліном, амоксициліном, Тикарцилін, цефалексином і багатьма іншими бета-лактамними антибіотиками. Уже розроблені і застосовуються в клінічній практиці комплексні препарати на основі амоксициліну та клавуланової кислоти.

Похідні пеніциланової кислоти також можна практично використовувати в якості інгібіторів бета-лактамаз. До іншим ефективним інгібіторів пеніциліназ відносять олівановие кислоти і тієнаміцину, які, крім захисту антибіотика від дії ферментів, володіють широким антимікробним спектром дії.

З огляду на безсумнівного подібності багатьох беталактамаз з їх ферментами-мішенями був зроблений пошук специфічних інгібіторів беталактамаз.

Серед природних беталактамов і продуктів їх хімічної трансформації були відібрані інгібітори беталактамаз, що впливають і на беталактамаз, і на транспептидази пептидогликана, тобто володіють антибактеріальною активністю.

Практична цінність інгібіторів беталактамаз обумовлена ​​тим, що їх використовують разом з беталактамного антибіотиками, які чутливі до беталактамаз. Інгібітори беталактамаз захищають ці антибіотики від ферментативної інактивації.

Широку популярність здобули такі інгібітори, як клавулановая кислота і сульбактам і деякі інші. Однак необхідно враховувати, що будь-який конкретний інгібітор не може впливати на всі численні типи беталактамаз.

дії кожного інгібітора обмежений беталактамаз лише декількох типів, поширених серед бактерій.

За кордоном випускаються суміш напівсинтетичного пеніциліну (ампіциліну) з сульбактамом (2: 1) під фірмовою назвою «уназин», а також препарат сультаміціллін - хімічна сполука ампіциліну з сульбактамом.

Отримав практичне застосування і препарат АУГМЕНТИН, що є сумішшю амоксициліну (напівсинтетичного пеніциліну) з клавулановою кислотою.

При підборі комбінацій інгібіторів беталактамаз з беталактамного антибіотиками важливо мати на увазі і дотримуватися таких умов: фармакокінетика інгібітора і антибіотика повинна бути схожою. Іншими словами, їх розподіл по органах і тканинах організму, шляхи виведення (наприклад, переважно з сечею або з жовчю), час циркуляції в організмі повинні бути близькими.

Інгібітор не зможе виконувати свою захисну роль, коли його концентрація в місцях локалізацій антибіотика виявиться низькою або якщо він буде виводитися з організму набагато швидше, ніж антибіотик.

висновок

Перспективний напрямок в боротьбі з резистентністю бактерій - використання фосфогліколіпідних антибіотиків. Іншим підходом до вирішення проблеми впливу на лікарсько-стійкий популяцію мікроорганізмів є використання з'єднань, що забезпечують елімінацію плазмід з резистентних бактерій і діючих на детермінанти лікарської стійкості.

Одним із способів, що ведуть до елімінації плазмід з мікробної клітини, стало застосування ДНК-тропних речовин. Акрифлавіну і хінакрін викликають елімінацію R-факторів з сальмонел, шигел і ешерихій. Здатністю елімінувати плазміди резистентності до лікарських препаратів мають рифампіцин, фурагин, антигістамінні препарати, бромистий етидій, акридиновим барвники і ряд інших речовин.

ДНК-тропний з'єднання діють в першу чергу на R +-клітини. Механізм цього процесу пов'язаний з тим, що ДНК-тропний речовини взаємодіють з плазмідної ДНК і тим самим порушують її реплікацію, необхідну при перенесенні плазмід з клітки в клітку.

Крім безпосереднього впливу на R-фактори, ДНК-тропний з'єднання уповільнюють розвиток резистентності мікроорганізмів до антимікробних препаратів.

Ще один шлях попередження поширення плазмід рееістентності - це використання з'єднань, ефективно пригнічують процеси перенесення детермінанти стійкості при кон'югації бактерій. Найбільш інтенсивно на цей процес впливають рифампіцин, бромистий етидій, кофеїн, протамін, неоміцин і нітрофурани

Найбільш перспективний і реальний метод, що обмежує появу і накопичення стійких бактерій в організмі - це підвищення ефективності хіміотерапії за рахунок використання комбінацій різних антимікробних препаратів.

Крім попередження розвитку резистентності, раціонально підібрані поєднання антибактеріальних препаратів можуть впливати на стійкі штами мікроорганізмів за допомогою придушення ферментів, що інактивують один з компонентів суміші.

Так, одна з можливостей захисту бета-лактамазолабільних пеніцилінів від деградації пеніциліназою полягає в їх використанні в поєднанні з бета-лактамазостабільнимі пенициллинами. При цьому останні блокують активні центри ферменту і тим самим попереджають інактивацію пеніцілліназолабільних антибіотиків.

При комбінуванні левоміцетину з ампіциліном та окситетрацикліну з пеніциліном вдається впливати на беталактамазопродуцірующіе штами Haemophilus influenzae і стафілокока за рахунок пригнічення бактериостатическими антибіотиками процесу бета-лактамазообразованія в мікробної клітині, в зв'язку з чим резистентні мікроорганізми стають чутливими до бета-лактамазолабільним антибіотиків.

Таким чином, високоефективним способом боротьби з резистентністю мікроорганізмів є використання з'єднань, активних щодо ферментів, що пригнічують антимікробні речовини.

На жаль, асортимент таких речовин практично обмежений тільки протидії бета-лактамазні препаратами і не може повністю вирішити проблему медикаментозної резистентності. Використання специфічних інгібіторів реплікації плазмідної ДНК і препаратів, що впливають на процеси кон'югації і трансдукції, також не знайшло широкого застосування, по-перше, через відсутність 100% -ного ефекту по відношенню до всіх видів стійких мікроорганізмів і, по-друге, через високу токсичність багатьох з цих речовин для макроорганізму. У зв'язку з цим для запобігання розвитку медикаментозної резистентності і впливу на стійку мікрофлору найбільш широко використовують комбіновану хіміотерапію.


Список літератури

1. Біотехнологія мікробного синтезу / під ред. М. Є. Бекера - Рига: Зинатне, 1980. - 350 с.

2. Біотехнологія / під ред. І. Хіггінса, Д. Беста, Дж. Джонса / переклад з англійської / під ред. А. А. Баєва. - М .: Світ, 1988. - 479 с.

3. Веселкова Є.Г. Генна інженерія - основа сучасної біотехнології / О.Г. Веселкова //

4. Віестур У. Е., Ш м і т е І. А., Ж і л е в и ч А. В. Біотехнологія. - Біотехнологічні агенти, технологія, апаратура. - Рига: Зинатне, 1987. - 263 с.

5. гауз Г. Ф. Молекулярні основи дії антибіотиків. / Пер. з англ. М .: "Світ", 1975.

6. Д е б о б о в В. Г., Лівшиць В. А. Біотехнологія. - М .: Вища школа, 1988.

7. Єгоров Н. С. Основи вчення про антибіотики. М .: Вища школа, 1986.

8. Страчунский Л. С., Козлов С. Н. Антибіотики: клінічна фармакологія. Смоленськ: Аміпресс, 1994.



Скачати 19.73 Kb.