Ogólność
Beta-laktamy (lub β-laktamy) stanowią dużą rodzinę antybiotyków, składającą się z wielu cząsteczek, które mają wspólne jądro centralne u podstawy ich budowy chemicznej: l "pierścień beta-laktamowy, znany również prościej jako beta-laktam.
Pierścień beta-laktamowy – oprócz tego, że stanowi centralne jądro tej klasy antybiotyków – jest również farmakoforem tych cząsteczek, czyli jest grupą nadającą właściwości przeciwbakteryjne typowe dla tych leków.
Klasy antybiotyków beta-laktamowych
W dużej rodzinie beta-laktamów znajdujemy cztery klasy antybiotyków, penicyliny, ten cefalosporyny, i karbapenemy i ja monobaktamy.
Główne cechy tych leków zostaną pokrótce zilustrowane poniżej.
Penicyliny
Penicyliny to antybiotyki pochodzenia naturalnego, ponieważ wywodzą się z grzyba (tj. grzyba).
Dokładniej, przodkowie tej klasy antybiotyków - the penicylina G (lub benzylopenicylina) i penicylina V (lub fenoksymetylopenicylina) - zostały po raz pierwszy wyizolowane z kultur Penicillium notatum (forma znana obecnie jako Penicillium chrysogenum).
Odkrycie penicyliny przypisuje się Aleksandrowi Flemingowi, który w 1928 roku obserwował, jak kolonie Penicillium notatum były w stanie zahamować wzrost bakterii.
Jednak penicylina benzylowa i fenoksymetylopenicylina zostały wyizolowane dopiero dziesięć lat później przez grupę brytyjskich chemików.
Od tego momentu rozpoczął się wielki rozwój badań w dziedzinie penicylin, mających na celu znalezienie nowych, coraz bardziej bezpiecznych i skutecznych związków.
Odkryto i zsyntetyzowano tysiące nowych cząsteczek, z których niektóre są nadal używane w terapii.
Penicyliny to antybiotyki o działaniu bakteriobójczym, to znaczy zdolne do zabijania komórek bakteryjnych.
Wśród wielu cząsteczek należących do tej wielkiej klasy pamiętamy ampicylinę, amoksycylinę, metycylinę i oksacylinę.
Cefalosporyny
Cefalosporyny – podobnie jak penicyliny – są również antybiotykami pochodzenia naturalnego.
Cząsteczka uważana za prekursora tej klasy leków - the cefalosporyna C - odkrył włoski lekarz Giuseppe Brotzu z Uniwersytetu w Cagliari.
Na przestrzeni lat opracowano liczne cefalosporyny o zwiększonej aktywności w stosunku do ich naturalnego prekursora, dzięki czemu uzyskano skuteczniejsze leki o szerszym spektrum działania.
Cefalosporyny są również antybiotykami bakteriobójczymi.
Do tej klasy leków należą cefazolina, cefaleksyna, cefuroksym, cefaklor, ceftriakson, ceftazydym, cefiksym i cefpodoksym.
Karbapenemy
Protoplastą tej klasy leków jest tienamycyna, który po raz pierwszy został wyizolowany z promieniowców Streptomyces cattleya.
Odkryto, że tienamycyna jest związkiem o „intensywnym działaniu przeciwbakteryjnym, o szerokim spektrum działania” i zdolnym do hamowania niektórych rodzajów β-laktamaz (szczególnie enzymów wytwarzanych przez niektóre gatunki bakterii zdolnych do hydrolizowania beta-laktamu i inaktywacji antybiotyk).
Ponieważ tienamycyna okazała się bardzo niestabilna i trudna do wyizolowania, dokonano modyfikacji jej struktury, uzyskując bardziej stabilną półsyntetyczną pierwszą pochodną, imipenem.
Do tej klasy antybiotyków należą również meropenem i ertapenem.
Karbapenemy to antybiotyki o działaniu bakteriostatycznym, to znaczy nie są w stanie zabić komórek bakteryjnych, ale hamują ich wzrost.
Monobaktami
Jedynym lekiem należącym do tej klasy antybiotyków jest aztreonam.
Aztreonam nie pochodzi ze związków naturalnych, ale jest całkowicie syntetyczny, ma spektrum działania ograniczone tylko do bakterii Gram-ujemnych, a także posiada zdolność do inaktywacji niektórych rodzajów β-laktamaz.
Mechanizm akcji
Wszystkie antybiotyki beta-laktamowe działają poprzez zakłócenie syntezy ściany komórkowej bakterii, czyli zakłócają syntezę peptydoglikanu.
Peptydoglikan jest polimerem składającym się z równoległych łańcuchów węglowodanów azotowych, połączonych ze sobą wiązaniami krzyżowymi między resztami aminokwasowymi.
Wiązania te tworzą poszczególne enzymy należące do rodziny peptydaz (karboksypeptydazy, transpeptydazy i endopeptydazy).
Antybiotyki beta-laktamowe wiążą się z tymi peptydazami, zapobiegając tworzeniu się wyżej wymienionych wiązań poprzecznych; w ten sposób wewnątrz peptydoglikanu tworzą się słabe obszary, które prowadzą do lizy i śmierci komórki bakteryjnej.
Odporność na antybiotyki beta-laktamowe
Niektóre gatunki bakterii są oporne na antybiotyki beta-laktamowe, ponieważ syntetyzują określone enzymy (le β-laktamaza) są w stanie hydrolizować pierścień beta-laktamowy, a tym samym dezaktywują antybiotyk, uniemożliwiając mu pełnienie swojej funkcji.
Aby rozwiązać ten problem z opornością, antybiotyki beta-laktamowe można podawać razem z innymi zwanymi związkami Inhibitory β-laktamaz które – jak sama nazwa wskazuje – hamują aktywność tych enzymów.
Przykładami tych inhibitorów są „kwas klawulanowy który często występuje w połączeniu z amoksycyliną (jak na przykład w leku Clavulin®), sulbaktam który występuje w połączeniu z ampicyliną (jak na przykład w leku Unasyn®) i tazobaktam które można znaleźć w wielu lekach w połączeniu z piperacyliną (jak np. w leku Tazocin®).
Jednak oporność na antybiotyki jest spowodowana nie tylko produkcją β-laktamaz przez bakterie, ale może być również spowodowana innymi mechanizmami.
Mechanizmy te obejmują:
- Zmiany w strukturze celów antybiotykowych;
- Stworzenie i wykorzystanie szlaku metabolicznego innego niż ten hamowany przez lek;
- Modyfikacje przepuszczalności komórkowej wobec leku, w ten sposób utrudnia się przejście lub adhezję antybiotyku do błony komórkowej bakterii.
Niestety zjawisko oporności na antybiotyki znacznie się nasiliło w ostatnich latach, głównie z powodu nadużywania i niewłaściwego jej stosowania.
Dlatego tak silne i skuteczne leki, jak beta-laktamy, są coraz bardziej zagrożone tym, że staną się bezużyteczne z powodu ciągłego rozwoju opornych szczepów bakteryjnych.
