Магистерская диссертация на тему: Использование пенициллиназы в биотехнологии

Введение

Под резистентностью (устойчивостью) понимают способность микроорганизма переносить значительно большие концентрации препарата, чем остальные микроорганизмы данного штамма или развиваться при таких концентрациях, которые превышают достигаемые в макроорганизме при введении антибиотиков, сульфаниламидов в терапевтических дозах.

Резистентные штаммы микроорганизмов возникают при изменении генома бактериальной клетки в результате спонтанных мутаций. В процессе селекции в результате воздействия химиотерапевтических соединений чувствительные микроорганизмы погибают, а резистентные сохраняются, размножаются и распространяются в окружающей среде. Приобретенная резистентность закрепляется и передается по наследству последующим генерациям бактерий.

Пенициллины - большая группа лекарственных препаратов, имеющих определенное сродство химического строения, механизмов действия, фармакологических, клинических эффектов. Эти препараты называют β-лактамными антибиотиками, что обусловлено наличием в их структуре общего для всей группы четырехчленного лактамного кольца.

Все пенициллины имеют одинаковое строение основной группы, которая представлена тиазолидиновым кольцом, соединенным с β -лактамным кольцом, и имеющим аминогруппу - 6-аминопеницилановая кислота (6-АПК).

Различные пенициллины отличаются строением радикала молекулы боковой цепи, активностью и спектром действия. Важные, с точки зрения клинического использования, представители пенициллинов можно разделить на несколько групп:

- обладающие наивысшей активностью в отношении грамполо-жительных микроорганизмов и слабой в отношении грамотрицательных видов, а также гидролизуемые бета-лактамазам (пенициллин G);

- относительно резистентные к действию бета-лактамаз стафилококков, но с более низкой активностью в отношении грамположительных микроорганизмов и не действующие на грамотрицательные (нафициллин, метациллин);

- относительно высокоактивные против грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, но разрушаемых бета-лактамазами (карбенициллин, тикарциллин);

- препараты с относительной кислотоустойчивостью и пригодные для перорального применения - (пенициллин V, ампициллин, клоксациллин).

Структурное единство ядра 6-АПК существенно для проявления биологической активности молекул. При ферментативном расщеплении бета-лактамного кольца бактериальными бета-лактамазами (пенициллиназами) с образованием неактивной пенициллановой кислоты антибиотик лишается своих антимикробных свойств.

Одна из основных причин, вызывающих потребность в создании и внедрении в медицинскую практику новых беталактамных антибиотиков, - распространение среди патогенных микроорганизмов способности продуцировать ферменты, катализирующие расщепление беталактамного кольца у пенициллинов, внедренных в медицинскую практику. Они получили название пенициллиназ в соответствии с их субстратной специфичностью и избирательностью действия на пенициллины.

Один из возможных способов борьбы с резистентностью - химическая трансформация молекул антимикробных веществ, в частности антибиотиков, направленная на создание новых препаратов, активных в отношении антибиотико-устойчивых микроорганизмов. Путем трансформации были синтезированы полусинтетические пенициллины и цефалоспорины, нечувствительные к действию бета -лактамаз: метициллин, оксациллин, диклоксациллин, цефамандол, цефуроксим, цефсулодин и ряд других.

Оглавление

- Введение 3

- Пенициллиназы. Общие сведения

- Классификация, свойства и механизм действия пенициллиназ

- Использование пенициллиназы в биотехнологии

- Ингибиторы беталактамаз

- Заключение 11

- Список литературы 14

Заключение

Перспективное направление в борьбе с резистентностью бактерий - использование фосфогликолипидных антибиотиков. Другим подходом к решению проблемы воздействия на лекарственно-устойчивую популяцию микроорганизмов является использование соединений, обеспечивающих элиминацию плазмид из резистентных бактерий и действующих на детерминанты лекарственной устойчивости.

Одним из способов, ведущих к элиминации плазмид из микробной клетки, стало применение ДНК-тропных веществ. Акрифлавин и хинакрин вызывают элиминацию R-факторов из сальмонелл, шигелл и эшерихий. Способностью элиминировать плазмиды резистентности к лекарственным препаратам обладают рифампицин, фурагин, антигистаминные препараты, бромистый этидий, акридиновые красители и ряд других веществ.

ДНК-тропные соединения действуют в первую очередь на R+-клетки. Механизм этого процесса связан с тем, что ДНК-тропные вещества взаимодействуют с плазмидной ДНК и тем самым нарушают ее репликацию, необходимую при переносе плазмид из клетки в клетку.

Помимо непосредственного влияния на R-факторы, ДНК-тропные соединения замедляют развитие резистентности микроорганизмов к антимикробным препаратам.

Еще один путь предупреждения распространения плазмид реэистентности - это использование соединений, эффективно подавляющих процессы переноса детерминанты устойчивости при конъюгации бактерий. Наиболее интенсивно на этот процесс воздействуют рифампицин, бромистый этидий, кофеин, протамин, неомицин и нитрофураны

Наиболее перспективный и реальный метод, ограничивающий появление и накопление устойчивых бактерий в организме - это повышение эффективности химиотерапии за счет использования комбинаций различных антимикробных препаратов.

Помимо предупреждения развития резистентности, рационально подобранные сочетания антибактериальных препаратов могут воздействовать на устойчивые штаммы микроорганизмов с помощью подавления ферментов, инактивирующих один из компонентов смеси.

Так, одна из возможностей защиты бета-лактамазолабильных пенициллинов от деградации пенициллиназой заключается в их использовании в сочетании с бета-лактамазостабильными пенициллинами. При этом последние блокируют активные центры фермента и тем самым предупреждают инактивацию пенициллиназолабильных антибиотиков.

При комбинировании левомицетина с ампициллином и окситетрациклина с пенициллином удается воздействовать на беталактамазопродуцирующие штаммы Haemophilus influenzae и стафилококка за счет ингибирования бактериостатическими антибиотиками процесса бета-лактамазообразования в микробной клетке, в связи с чем резистентные микроорганизмы становятся чувствительными к бета-лактамазолабильным антибиотикам.

Таким образом, высокоэффективным способом борьбы с резистентностью микроорганизмов является использование соединений, активных в отношении ферментов, ингибирующих антимикробные вещества.

К сожалению, ассортимент таких веществ практически ограничен только противо-бета-лактамазными препаратами и не может полностью решить проблему лекарственной резистентности. Использование специфических ингибиторов репликации плазмидной ДНК и препаратов, влияющих на процессы конъюгации и трансдукции, также не нашло широкого применения, во-первых, из-за отсутствия 100 %-ного эффекта в отношении всех видов устойчивых микроорганизмов и, во-вторых, из-за высокой токсичности многих из этих веществ для макроорганизма. В связи с этим для предотвращения развития лекарственной резистентности и воздействия на устойчивую микрофлору наиболее широко используют комбинированную химиотерапию.

Список литературы

1. Биотехнология микробного синтеза/под ред. М. Е. Бекера - Рига: Зинатне, 1980. - 350 с.

2. Биотехнология/под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса/перевод с английского/под ред. А. А. Баева. - М.: Мир, 1988. - 479 с.

3. Веселкова Е.Г. Генная инженерия - основа современной биотехнологии / Е.Г. Веселкова //

4. Виестур У. Э., Ш м и т е И. А., Ж и л е в и ч А. В. Биотехнология. - Биотехнологические агенты, технология, аппаратура. - Рига: Зинатне, 1987. - 263 с.

5. Гаузе Г. Ф. Молекулярные основы действия антибиотиков. /Пер. с англ. М.: "Мир", 1975.

6. Д е б а б о в В. Г., Лившиц В. А. Биотехнология. - М.: Высшая школа, 1988.

7. Егоров Н. С. Основы учения об антибиотиках. М.: Высшая школа, 1986.

8. Страчунский Л. С., Козлов С. Н. Антибиотики : клиническая фармакология. Смоленск : Амипресс, 1994.