Tổng quan kháng sinh

Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÁNG SINH 1.1. Giới thiệu lịch sử chất kháng sinh: Sự phát triển về vi sinh vật học nói chung, và vi sinh vật công nghiệp nói riêng, với bước ngoặc lịch sử là phát minh vĩ đại về chất kháng sinh của Alexander Fleming (1982) đã mở ra kỷ nguyên mới trong y học: khai sinh ra ngành công nghệ sản xuất chất kháng sinh và ứng dụng thuốc kháng sinh vào điều trị cho con người. Thuật ngữ" chất kháng sinh" lần đầu tiên được Pasteur và Joubert (1877) sử dụng để mô tả hiện tượng kìm hãm khả năng gây bệnh của vi khuẩn Bacillus anthracis trên động vật nhiễm bệnh nếu tiêm vào các động vật này một số loại vi khuẩn hiếu khí lành tính khác. Babes (1885) đã nêu ra định nghĩa hoạt tính kháng khuẩn của một chủng là đặc tính tổng hợp được các hợp chất hoá học có hoạt tính kìm hãm các chủng đối kháng. Nicolle (1907) là người đầu tiên phát hiện ra hoạt tính kháng khuẩn của Bacillus subtilis có liên quan đến quá trình hình thành bào tử của loại trực khuẩn này. Gratia và đồng nghiệp (1925) đã tách được từ nấm mốc một chế phẩm có thể sử dụng để điều trị hiệu quả các bệnh truyền nhiễm trên da do cầu khuẩn. Mặc dù vậy, trong thực tế mãi tới năm 1929 thuật ngữ " Chất kháng sinh" mới được Alexander Fleming mô tả một cách đầy đủ và chính thức trong báo cáo chi tiết về penicillin. Thập kỷ 40 và 50 của thế kỷ XX đã ghi nhận những bước tiến vượt bậc của ngành công nghệ sản xuất kháng sinh non trẻ, với hàng loạt sự kiện như :  Khám phá ra hàng loạt Chất kháng sinh, thí dụ như Griseofulvin (1939), Gramicidin S (1942) , Streptomycin (1943), Bacitracin (1945), Chloramphenicol và Polymyxin (1947), Chlotetracycline và Cephalosporin (1948), Neomycin (1949), Oxytetracycline và Nystatin (1950), Erythromycin (1952), Cycloserin (1954), Amphotericin B và Vancomycin (1956), Metronidazol, Kanamycin và Rifamycin (1957)  Áp dụng phối hợp các kỹ thuật tuyển chọn và tạo giống tiên tiến (đặc biệt là các kỹ thuật gây đột biến, kỹ thuật dung hợp tế bào, kỹ thuật tái tổ hợp gen ) đã tạo ra những biến chủng công nghiệp có năng lực "siêu tổng hợp" các chất kháng sinh cao gấp hàng ngàn vạn lần các chủng ban đầu.  Triển khai thành công công nghệ lên men chìm quy mô sản xuất công nghiệp để sản xuất Penicillin G (1942) và việc hoàn thiện công nghệ lên men này trên các sản phẩm khác.  Việc phát hiện, tinh chế và sử dụng axit 6-aminopenicillanic (6-APA, 1959) làm nguyên liệu để sản xuất các chất kháng sinh penicilin bán tổng hợp đã cho phép tạo ra hàng loạt dẫn xuất penicilin và một số kháng sinh -lactam bán tổng hợp khác. 1.2. Định nghĩa kháng sinh: Chất kháng sinh được hiểu là các chất hoá học xác định, không có bản chất enzyme, có nguồn gốc sinh học (trong đó phổ biến nhất là từ vi sinh vật), với đặc tính là ngay ở nồng độ thấp (hoặc rất thấp) đã có khả năng ức chế mạnh mẽ hoặc tiêu diệt được các vi sinh vật gây bệnh mà vẫn đảm bảo an toàn cho người hay động vật được điều trị. 1.3. Đơn vị kháng sinh: Năng lực tích tụ kháng sinh của chủng hay nồng độ chất kháng sinh thường được biểu thị bằng một trong các đơn vị là: mg/ml, g/ml, hay đơn vị kháng sinh UI/ml (hay UI/g, International Unit). Đơn vị của mỗi kháng sinh được định nghĩa là lượng kháng sinh tối thiểu pha trong một thể tích quy ước dung dịch có khả năng ức chế hoàn toàn sự phát triển của chủng vi sinh vật kiểm định đã chọn, thí dụ, với penicillin là số miligam penicillin pha vào trong 50 ml môi trường canh thang và sử dụng Staphylococcus aureus 209P làm chủng kiểm định; với Streptomicin là số miligam pha trong 1 ml môi trường canh thang và kiểm định bằng vi khuẩn Escherichia coli. Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 2 1.4. Hoạt tính kháng sinh đặc hiệu: Hoạt tính kháng sinh đặc hiệu là đặc tính cho thấy năng lực kìm hãm hay tiêu diệt một cách chọn lọc các chủng vi sinh gây bệnh, trong khi không gây ra các hiệu ứng phụ quá ngưỡng cho phép trên người bệnh được điều trị. Đặc tính này được biểu thị qua hai giá trị là: Nồng độ kìm hãm tối thiểu (Minimun Inhibitory Concentration - viết tắt là MIC) và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (Minimun Bactericidal Concentration - viết tắt là MBC), xác định trên các đối tượng vi sinh vật gây bệnh kiểm định lựa chọn tương ứng cho mỗi chất kháng sinh. 1.5. Phổ kháng khuẩn của kháng sinh: Phổ kháng khuẩn của chất kháng sinh biểu thị số lượng các chủng gây bệnh bị tiêu diệt bởi kháng sinh này. Theo đó, chất kháng sinh có thể tiêu diệt được nhiều loại mầm bệnh khác nhau được gọi là chất kháng sinh phổ rộng, chất kháng sinh chỉ tiêu diệt được ít mầm bệnh là chất kháng sinh phổ hẹp. 1.6. Cơ chế tác dụng: Cơ chế tác dụng lên vi sinh vật gây bệnh (hay các đối tượng gây bệnh khác - gọi tắt là mầm bệnh) của mỗi chất kháng sinh thường mang đặc điểm riêng, tùy thuộc vào bản chất của kháng sinh đó, trong đó, những kiểu tác động thường gặp là: - Làm rối loạn cấu trúc thành tế bào hay ức chế sự thành lập vách tế bào. - Rối loạn chức năng điều tiết quá trình vận chuyển vật chất của màng tế bào chất hay ức chế nhiệm vụ của màng tế bào. - Làm rối loạn hay ức chế quá trình sinh tổng hợp protein. - Rối loạn hay ức chế quá trình tổng hợp Acid Nucleic, hoặc tương tác đặc hiệu với những giai đoạn nhất định trong các chuyển hóa trao đổi chất (hình 1.1). Hình 1.1. Vị trí tác dụng chính của một số chất kháng sinh [1] Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 3 1.6.1. Ức chế sự thành lập vách tế bào: Gồm các kháng sinh như: Bacitracin, Cephalosprorins, Cycloserine, Penicillins, Ristocetin, Vancomycin. Khác với người và đông vật, tế bào vi khuẩn có vách. Vách tế bào vi khuẩn chiếm 20% trọng lượng khô của vi khuẩn. Nhờ có vách mà vi khuẩn giữ được hình dạng và bảo vệ tế bào trước tác động của áp suất. Áp suất của tế bào vi khuẩn Gram dương lớn hơn Gram âm từ 3 đến 5 lần. Khi sự tổng hợp vách tế bào bị ức chế do tác dụng của kháng sinh, các vi khuẩn Gram dương biến thành dạng hình cầu không có vách (protoplast), và các vi khuẩn Gram âm có vách không hoàn chỉnh (spheroplast). Những hình thức này làm tế bào dễ bị vỡ ở môi trường có trương lực bình thường. Vách tế bào vi khuẩn là phức hợp polyme được gọ là “Mucopeptide”, “Mureine”, “Peptidoglycan” gồm polysaccharide và một chuỗi polypeptide có đường nối chéo. Polysaccharide là đường có amine, N – acetylglycosamine và acetyl muramic acid chỉ có ở tế bào vi khuẩn. Những đường nối chéo bắt nối với chuỗi peptide (ví dụ cầu nối pentaglycine). Ở đó cho đáp ứng chuyển vận peptide nhờ xúc tác với một số enzyme. Peptidoglycan ở vi khuẩn Gram dương nhiều hơn vi khuẩn Gram âm. Tất cả các loại thuốc Penicillins và Cephalosporins đều là những chất ức chế sự tổng hợp vách tế bào của vi khuẩn. Giai đoạn đầu tiên: thuốc gắn vào receptor của tế bào gọi là PBP – Penicillins gắn kết proteine (PBP) từ số 3 – 6 (phân tử lượng từ 40.000 – 120.000), receptor này có nhiều ở tế bào vi khuẩn. Receptor PBP có ái tính khác nhau đối với mỗi loại thuốc và kiểu tác động của nó cũng khác nhau. Ví dụ khi penicillin gắn vào receptor PBP, đáp ứng chủ yếu là kéo dài tế bào một cách không bình thường cùng với những tác động phụ thêm khác đưa đến tế bào vi khuẩn bị tan vỡ. Receptor PBP đặt dưới sự kiểm sốt của nhiễm sắc thể, sử đột biến có thể làm thay đổi số lượng receptor và ái tính của nó đối với thuốc thuộc nhóm β-lactamins. Sau khi gắn vào một hay nhiều thụ thể thuốc sẽ phong bế transpeptidase, làm ngăn chặn việc tổng hợp peptidoglycan, một thành phần quan trọng của vách tế bào. Cơ chế của việc phong bế transpeptidase có lẽ do enzyme này gắn vào penicillins hoặc cephalosporins có cấu trúc tương tự với acyl-D-alanyl-D-alanyl, một phân tử mà enzyme bình thường vẫn tác động, nên tác động của enzyme bị phong bế. Giai đoạn tiếp theo có liên quan đền việc hoạt hoá các enzyme tự tiêu (autolytic enzymes) gây ra sự ly giải của tế bào ở môi trường đẳng trương (isotonic). Trong môi trường ưu trương, những tế bào bị biến đổi thành protoplast hay spheroplast chỉ được bao bọc bởi một màng tế bào mỏng manh nên rất dễ vỡ. Ở những tế bào vi khuẩn này sự tổng hợp protein và nucleic acid có thể còn tiếp tục một thời gian. Độc tính của các thuốc kháng sinh trong nhóm β-lactamins đối với tế bào động vật có vú sẽ cũng giống như độc tính trên vi khuẩn trong trường hợp không còn vách và peptidoglycan. Penicillins và Cephalosporins chế ngự khác nhau đối với vi khuẩn Gram dương và Gram âm tuỳ vào sự khác biệt của cấu trúc vách tế bào, tổng số peptidoglycan, số receptor, lỗ, (pore), lượng lipide, đường nối chéo tự nhiên và hoạt tính của enzyme tự tiêu chính nó định tính xuyên thấm, độ gắn kết và hoạt tính của thuốc. Tác động chế ngự vi khuẩn của kháng sinh trong nhóm β-lactamins tuỳ thuộc vào sự khác biệt về cấu trúc và đặc tính về chức năng của màng. Đối với vi khuẩn Gram âm do có màng phospholipide ở bên ngoài nên trở ngại cho thuốc băng qua. Những thuốc có phân tử ưa nước hydrophilic (như Ampicilline, Amoxicilline), những thuốc có phân tử qua được lỗ (pore) ở màng băng qua màng tế bào vi khuẩn Gram âm nhanh hơn penicilline G. đối với vi khuẩn Gram dương thì màng phospholipide rất khiếm khuyết và chức năng như hàng rào ngăn chặn lại không có. Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 4 Amdinocillin là dẫn xuất của acid amidinopenicillanic chỉ gắn kết vào receptor PBP-2 tác động rất mạnh trên tế bào vi khuẩn Gram âm hơn Gram dương. Amdinocillin có tác động hiệp đồng với những thuốc khác nhau trong nhóm β-lactamins trên receptor PBP. Điều quan trọng mà lâm sàng rất quan tâm là vi khuẩn không còn bị thuốc trong nhóm β-lactamins chế ngự nữa là do vi khuẩn sản xuất được β-lactamase, enzyme này phá vỡ vòng β-lactam làm tiêu tan hiệu ứng sinh học của thuốc. Đó là sự kháng thuốc mang tính di truyền do plasmid kiểm soát. Ví dụ như sự kháng thuốc do plasmid của Staphylococcus và một số vi khuẩn Gram âm ở đường ruột. Để cho penicillin đỡ bị enzyme này thuỷ phân phá vỡ vòng β-lactam người ta cho phối hợp với clavulanic acid hoặc sulbactam, hoặc phối hợp amoxicillin với clavulanic acid dùng trong những trường hợp viêm nhiễm Heamophilus sản xuất được enzyme β-lactamase. Có một số kháng sinh kháng lại enzyme β-lactamase là do vòng β-lactam được củng cố bằng gốc methoxy, hoặc nhóm chức khác ví dụ như methicilline, cefoxitine không dễ bị enzyme này phá vỡ. Một số thuốc kháng sinh khác như Bacitracin, Vancomycin, Ristocetin và Novobiocin chỉ ức chế giai đoạn đầu của việc tổng hợp peptidoglycan. Do việc tổng hợp ở giai đoạn đầu này xảy ra ở bên trong màng tế bào chất, nên thuốc phải được ngấm vào bên trong màng mới có tác dụng. Cycloserine, một chất tương đồng với D-alanine trong chuỗi pentapeptide cho nên thuốc cũng can thiệp vào sự tổng hợp peptidoglycan. Cycloserine phong bế tác động của enzyme alanineracemase - một loại enzyme kết nối D-alanine vào chuỗi pentapeptide của petidoglycan. Cycloserine cũng ức chế enzyme ở giai đoạn đầu trong tiến trình tổng hợp peptidoglycan. 1.6.2. Ức chế nhiệm vụ của màng tế bào: Gồm Amphotericin B, Colistin, Imidazoles, Polymyxins. Tế bào chất của tất cả tế bào sống được bao bọc bởi màng tế bào chất, đó là hàng rào có tính thấm chọn lọc rất quan trọng đảm nhiệm chức năng bắt cầu cho vận chuyển chủ động qua màng. Nếu chức năng của màng tế bào chất bị tổn hại thì những phân tử lớn và ion bị thoát ra ngoài, tế bào sẽ bị hủy hoại. Màng tế bào chất của tế bào vi khuẩn dễ bị huỷ hoại hơn tế bào động vật, như vậy dùng hoá học trị liệu màng tế bào chất của tế bào vi khuẩn sẽ bị phá huỷ mà tế bào động vật vẫn được che chở. Đại diện cho cơ chế này là các polymyxins tác động lên vi khuẩn Gram âm và các polyenes tác động lên vi nấm. Polymyxins không tác động lên vi nấm và ngược lại polyenes không tác động lên vi khuẩn. Điều này là do màng tế bào vi nấm chứa sterols còn màng tế bào vi khuẩn thì không. Polyenes phải tương tác với một sterol trong màng tế bào vi nấm mới có hiệu quả tác dụng, trong khi màng tế bào vi khuẩn thì không có sterol nên polyenes không tác dụng. Trái lại, polymyxins không có tác động lên tế bào vi nấm có sterol. Các thuốc kháng nấm nhóm imidazoles (miconazol, clotrimazol, ketoconazol) làm tổn hại đến tính nguyên vẹn của màng tế báo nấm do ức chế sinh tổng hợp lipid của màng. 1.6.3. Ức chế tổng hợp protein: Có những kháng sinh như: Chloramphenicol, Erythromycins, Lincomycins, Tetracyclines, Aminoglycosides (amikacin, gentamicin, kanamycin, neomycin, streptomycin, netilmicin, tobramycin…). Những thuốc ức chế tổng hợp protein do tác động lên ribosome của tế bào vi khuẩn gồm: Aminoglycosides, Tetracyclines, Chloramphenicol và Lincomycins, còn Puromycine là ức chế sự tổng hợp protein ở động vật có vú và tế bào khác. Trong việc tổng hợp protein vi khuẩn, thông tin của mRNA được một số ribô thể đọc dọc theo chuỗi mRNA, đó là các polysomes. AMINOGLYCOSIDES: kiểu tác động của Streptomycin đã được nghiên cứu kỹ hơn các loại aminoglycosides khác, nhưng tất cả đều tương tự nhau. Giai đoạn đầu thuốc gắn vào một loại protein là thụ thể chuyển biệt ở trên tiểu đơn vị 30S của ribô thể vi khuẩn. Giai đoạn thứ Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 5 hai thuốc phong bế hoạt tính của phức hợp đầu tiên (initiation complex) của quá trình thành lập chuỗi polypeptide (mRNA + formyl methionine + tRNA). Giai đoạn ba, thông tin mRNA bị đọc sai ở vùng nhận diện (recognition region) của ribô thể, kết quả là một acid amine không phù hợp được đưa vào chuỗi peptide, tạo ra một protein không có chức năng. Giai đoạn bốn, sự gắn của thuốc làm vỡ các polysomes thành các monosomes không có khả năng tổng hợp protein. Các tác động này xảy ra ít hay nhiều đều có tính đồng thời và kết quả chung cuộc là tế bào bị giết. Sự đề kháng của vi khuẩn đối với aminoglycosides có thể di thiếu thụ thể chuyên biệt ở trên phần tiểu đơn vị 30S của ribô thể (đề kháng nhiễm sắc thể), hoặc do vi khuẩn sản xuất enzyme có tác dụng phá huỷ thuốc như adenyllylase, phosphorylase, acetylase (đề kháng plasmid). Ngoài ra còn có thể do khiếm khuyết khả năng thẩm thấu của màng tế bào, làm giảm cơ chết vận chuyển chủ động đưa aminoglycosides vào bên trong tế bào, kết quả là thuốc không đến được ribô thể. TETRACYCLINES: những thuốc này gắn vào phần tiểu đơn vị 30S của ribô thể. Thuốc ức chế sự tổng hợp protein bằng cách ngăn chặn các amino acids mới nối vào chuỗi polypeptide mới thành lập. Đề kháng tetracyclines là do sự thay đổi khả năng thẩm thấu của vách tế bào vi khuẩn. Ở những vi khuẩn nhạy cảm, thuốc được tập trung vào bên trong tế bào và khó thoát khỏi tế bào, còn ở vi khuẩn đề kháng thuốc thì thuốc không được vận chuyển chủ động vào bên trong tế bào hoặc thuốc dễ dàng rời khỏi tế bào một cách nhanh chóng làm nồng độ ức chế của thuốc không còn được duy trì. Cơ chế này được kiểm soát bởi plasmid. Các tế bào hữu nhũ không tập trung chủ động được tetracyclines. CHLORAMPHENICOL: thuốc này gắn vào tiểu đơn vị 50S của ribô thể, ức chế enzyme peptidyl transferase, làm ngăn chặn các amino acids mới gắn vào chuỗi peptide mới thành lập. Việc kháng thuốc là do vi khuẩn sản xuất được enzyme chloramphenicol acetyltransferase làm phá huỷ tác dụng của thuốc. Việc sản xuất enzyme này được kiểm soát bởi plasmid. MACROLIDES (Erythromycin, Oleandomycin): các thuốc này gắn vào tiểu đơn vị 50S của ribô thể ở vị trí 23S rRNA, ngăn cản việc thành lập phức hợp đầu tiên để tổng hợp chuỗi peptide. Một số vi khuẩn kháng macrolides là do thiếu thụ thể trên ribô thể, được kiểm soát bởi nhiễm sắc thể hay plasmid. LINCOMYCINS (Lincomycin, Clindamycin): Lincomycins gắn vào tiểu đơn vị 50S của ribô thể, và tương tự như các macrolides ở những điểm như vị trí gắn, tác động kháng khuẩn và phương cách tác động. Kháng lincomycin là do đột biến nhiễm sắc thể làm mất vị trí gắn trên tiểu đơn vị 50S. 1.6.4. Ức chế tổng hợp Acid Nucleic: Như Actinomycin, Mitomycin, Nalidixic acid, Novobiocin, Pyrimethamine, Rifampin, Sulfonamides, Trimethoprim… Những thuốc như actinomycin là những chất ức chế hiệu quả sự tổng hợp DNA. Thuốc gắn vào DNA tạo nên một phức hợp, phức hợp này ức chế các polymerase tổng hợp các RNA tương ứng, đặc biệt là mRNA. Actinomycin cũng ức chế việc sao chép DNA của virus. Mitomycin gắn vào hai chuỗi DNA ngăn cản hai chuỗi tách rời và như vậy DNA không được sao chép. Cả actinomycin và mitomycin đều ức chế tế bào vi khuẩn và tế bào động vật nên ít được dùng trong điều trị. Rifampin ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn bằng cách gắn chặt vào các polymerase tổng hợp các RNA, như thế ngăn chặn sự tổng hợp RNA của vi khuẩn. Kháng thuốc rifampin là do sự thay đổi của enzyme RNA polymerase, hậu quả của đột biến nhiễm sắc thể. Các thuốc halogenated pyrimidines như IUDR (5-iodo-2-deoxyuridine, idoxuridine, IDU) có thể ngăn chặn thymidine gắn vào DNA của virus và chính IUDR cũng có thể là một thành Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 6 phần tham gia để thành lập những DNA không có chức năng. Việc sử dụng IUDR theo đường toàn thân (uống hay tiêm) không thể thực hiện được vì độc tính cao. Sử dụng tại chỗ IUDR để điều trị viêm giác mạc do Herpes simplex có kết quả tốt. Những chất ức chế sao chép DNA khác như vidarabine hay acyclovir được dùng trong hoá trị liệu chống virus. Nalidixic acid và Oxolinic là những chất ức chế sự tổng hợp DNA bằng cách phong bế enzyme DNA gyrase. Đối với nhiều loại vi khuẩn, p-aminobenzoic acid (PABA) là một chất biến dưỡng cần thiết. Chất này được dùng như là một tiền chất để tổng hợp folic acid, một giai đoạn quan trọng để tổng hợp nucleic acids. Các loại sulfonamides do cấu trúc tương tự như PABA nên có thể cạnh tranh với PABA, tạo ra những chất tương tự như folic acid nhưng không có chức năng dẫn đến việc cản trở sự phát triển của vi khuẩn. Tế bào động vật không thể tổng hợp được folic acid mà chỉ dựa vào nguồn cung cấp từ bên ngoài nên không bị ức chế bởi sulfonamides. Trực khuẩn lao không bị ức chế bởi sulfonamides nhưng lại bị ức chế bởi PAS (p- aminosalisylic acid, một chất có cấu trúc tương tự như PABA và sulfonamides), ngược lại vi khuẩn nhạy cảm với sulfonamids thì phần lớn kháng PAS. Điều này có thể là do vị trí thụ thể dành cho PABA ở những vi khuẩn khác nhau thì khác nhau. Trimethoprim (3,4,5-trimethoxybenzyl pyrimidine) ức chế enzyme dihydrofolic acid reductase có hiệu quả ở tế bào vi khuẩn hơn ở tế bào hữu nhũ 50.000 lần. Enzyme này khử dihyrofolic acid thành tetrahydrofolic acid, một giai đoạn quan trọng để tổng hợp purines của DNA. Sulfonamides và trimethoprim có thể dùng riêng lẻ để ức chế vi khuẩn phát triển, nếu dùng chung sẽ có tác dụng hiệp đồng. Pyrimethamine (Daraprim) cũng ức chế dihyrofolate reductase nhưng có hoạt tính đối với enzyme ở tế bào hữu nhũ hơn nên độc hơn trimethoprim. Pyrimethamine phối hợp với sulfonamides là thuốc chọn lọc hiện nay để điều trị bệnh do Toxoplasma và một số bệnh do nhiễm một số động vật đơn bào khác. 1.7. Phân loại kháng sinh: Càng ngày người ta càng phát hiện thêm nhiều kháng sinh mới. ngoài thị trường, tên gọi rất khác nhau dễ làm người ta nhầm lẫn. Nhưng trong các thuốc kháng sinh này, có nhiều thuốc có cấu trúc hoá học giống nhau, do đó chúng có chung cơ chế tác động và hoạt phổ tương tự nhau. Dựa trên cơ sở của tính đặc hiệu dược lý người ta có thể xếp kháng sinh theo các họ như sau: - Sulfonamides. - β-lactamines. - Aminoglycosides. - Tetracyclines. - Chloramphenicol. - Macrolides và các thuốc lân cận. - Rifamycin. - Polypeptides. - Một số nhóm khác: Vancomycin và Ristocetin, Novobiocin, Fusidic acid, Nitrofurans, Quinolones… và một số thuốc chống lao, chống vi nấm, chống virus… Ngay trong một họ, hoạt phổ cũng khác nhau, tính chất dược lý và khả năng dung nạp của từng thuốc cũng khác nhau làm cho mỗi thuốc có ưu điểm riêng. Xếp loại kháng sinh theo họ và hoạt phổ của kháng sinh bước đầu đã giúp ta chọn thuốc kháng sinh để chữa bệnh, đồng thời giúp ta tránh sử dụng thuốc liên tiếp hai thuốc kháng sinh trong cùng một họ, vì dùng như thế nói chung không có tác dụng. Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 7 SULFONAMIDES Là một nhóm có nhiều loại kháng sinh khác nhau. Cấu trúc cơ bản của Sulfonamides là: (hình 1.2). Các loại Sulfonamides khác nhau ở gốc R, do đó chúng khác nhau về tính chất sinh lý, dược động học và tính kháng khuẩn. Những loại Sulfonamides hoà tan như Trisulfapyrimidines, Sulfisoxazole được hấp thu nhanh qua đường tiêu hoá sau khi uống. Các Sulfonamides ở dạng muối sodium có thể được sử dụng bằng đường tiêm. Phần lớn được bài tiết nhanh qua đường tiểu, nhưng một số lại bài tiết chậm và có thể gây độc cho cơ thể như Sulfamethoxypyridazine. Sự phối hợp năm phần Sulfamethoxazole và một phần Trimethoprim tạo nên thuốc Trimethoprimsulfametho-xazole, một loại thuốc được sử dụng rộng rãi hiện nay để điều trị một số bệnh nhiễm khuẩn. Những Sulfonamides không hoà tan như Phtalysulfathiazole, Succinylsulfathiazole rất ít được hấp thu qua đường ruột, thường được dùng để ức chế vi khuẩn trong lòng ruột chuẩn bị cho các trường hợp giải phẫu ruột già. Về mặt lý luận các loại Sulfonamides có hoạt phổ kháng khuẩn rộng, nghĩa là có tác động phần lớn với vi khuẩn Gram dương, vi khuẩn Gram âm, Chlamydia, Nocardia và một số động vật đơn bào. Tuy nhiên, ngày nay phần lớn các loại vi khuẩn này đã kháng Sulfonamides. Cơ chế tác động của thuốc là do thuốc có cấu trúc giống chất chuyển hoá cần thiết của vi khuẩn nên gây ra hiện tượng ức chế cạnh tranh làm cho vi khuẩn không tổng hợp được những nguyên liệu cần thiết. Chất chuyển hoá đó là PABA. β-LACTAMINS Gọi là β-lactamins vì phân tử của chúng có một chu trình β-lactam. Họ này gồm có Penicillins và Cephalosporins. - PENICILLINS: các thuốc Penicillins có một nhân chung là 6-aminopenicillanic acid hợp bởi hai chu trình β-lactam và thiazolidine. Các Penicillins khác nhau ở gốc R gắn vào nhân. + Penicillin G: được Fleming phát minh từ năm 1928. Sau đó Florey và Chain đưa vào chữa bệnh năm 1941. Thuốc này còn được gọi là benzyl-penicillin. Penicillin G được hình thành qua quá trình lên men của nấm Penicillium notatum hoặc Penicillium chrysogeum. Penicillin G có hoạt phổ kháng khuẩn giới hạn, thuốc chỉ có tác dụng đối với các cầu khuẩn Gram dương và Gram âm, các trực khuẩn Gram dương, các haemophilus, một số moraxella và pasteurella. Các vi khuẩn Gram âm như vi khuẩn đường ruột, pseudomonas… Penicillin G không có tác dụng. Penicillin G bị dịch vị phá huỷ nên không dùng bằng đường uống. Thuốc cũng bị phá huỷ bởi enzyme penicillinase, một loại β-lactamase làm mở chu trình β-lactam, chuyển penicillin thành penicillinoid acid, một chất không có tác dụng. Những vi khuẩn sản xuất được penicillinase thì kháng penicillin G. + Các loại penicillins khác: người ta đã tìm được nhiều loại penicillins không có nhược điểm như penicillin G. Để có những loại penicillins đó, người ta tìm cách thay đổi chuỗi bên Hình 1.2: Sulfonamides Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 8 bằng cách cho thêm các chất khởi động khác nhau vào các nuôi cấy của Penicillium để dựa vào sinh tổng hợp tự nhiên. Bằng cách này người ta đã tìm được phenoxymethyl penicillin (Penicillin V) không bị dịch vị phá huỷ và có thể dùng bằng đường uống. Từ 1959, người ta đã điều chế được penicillin bán tổng hợp bằng cách dùng amidase phá huỷ chuỗi bên của penicillin G để chỉ còn lại nhân, từ nhân này người ta gắn chuỗi bên bằng phương pháp hoá học. Dựa vào kỹ thuật bán tổng hợp, người ta đã điều chế được nhiều loại penicillins mới có hoạt tính cao, có hoạt phổ rộng, tác động đến cả các vi khuẩn Gram âm. Từ 1986, người ta đã xếp các penicillins quan trọng về mặt lâm sàng thành 4 nhóm:  Nhóm có tác động cao chống vi khuẩn Gram dương, cầu khuẩn Gram âm, Spirochetes và một số vi khuẩn khác, nhưng bị phá huỷ bởi β-lactamase và không bền với acid (thí dụ Penicillin G).  Nhóm không bị phá huỷ bởi β-lactamase, có tác động chống vi khuẩn Gram dương thấp hơn nhóm trên và không có tác động chống vi khuẩn Gram âm (thí dụ Nafcillin).  Nhóm tác động cao chống cả vi khuẩn Gram dương lẫn vi khuẩn Gram âm nhưng bị phá huỷ bởi β-lactamase (thí dụ Ampicillin, Carbenicillin, Ticarcillin).  Nhóm không bị phá huỷ bởi dịch vị, thích hợp để uống (thí dụ Penicillin V, Cloxacillin, Amoxcillin). - CEPHALOSPORINS: những thuốc được sử dụng trong chữa bệnh thuộc nhóm này đều là các dẫn xuất bán tổng hợp từ Cephalosporin C, một kháng sinh tự nhiên do nấm Cephalosporium sản xuất. Nhân của Cephalosporin là 7-amino cephalosporanic acid gần giống với nhân của penicillins. Cephalosporins có rất nhiều dẫn xuất. Một số được hấp thu tốt qua ruột nên có thể sử dụng bằng đường uống để trị nhiễm khuẩn đường hô hấp và đường tiểu như Cepalexin, Cephadrine và Cefadroxil. Phần lớn các loại Cephalosporins khác khó hấp thu qua đường ruột và chỉ sử dụng bằng đường chích. Những Cephalosporins thuộc thế hệ đầu tiên (ví dụ Cephalothin, Cefazolin, Cephapirin, Cefamadole, Cefoxitin) không vào được hệ thần kinh trung ương nên không hiệu quả trong việc điều trị viêm màng não. Hình 1.4: Penicillin G Hình 1.3: β-lactam Hình 1.5: Cephalosporins Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 9 Những loại Cephalosporins thế hệ mới (ví dụ Cefotaxime, Cefoperazone, Cefuroxime, Moxalactam) khuếch tán được vào hệ thần kinh trung ương và dịch não tuỷ nên được sử dụng để điều trị viêm màng não do nhiễm vi khuẩn Gram âm. Các vi khuẩn proteus, pseudomonas, serratia và một số khác đã kháng với các loại Cephalosporins thế hệ đầu tiên, nhưng lại nhạy cảm với các Cephalosporins thế hệ mới (thế hệ thứ 3). Đặc biệt Cefotaxime, Cefoperazone, Moxalactam và Ceftizoxime có hoạt phổ rất rộng, có hiệu quả rất tốt trong các trường hợp nhiễm khuẩn ở bệnh viện do các vi khuẩn Gram âm. Một số Cephalosporins như Cefoxitin và Cefuroxime cũng hiệu quả với các vi khuẩn kỵ khí và cả Neisseria gonorrhoeae sản xuất β- lactamase. Cơ chế tác động của các β-lactamins: cơ chế tác động của Penicillins và Cephalosporins giống nhau. Các thuốc này ức chế sự tổng hợp vách của các tế bào vi khuẩn. AMINOGLYCOSIDES Thuốc kháng sinh đầu tiên trong nhóm thuốc này được tìm ra là Streptomycin do Walksman phân lập từ nấm Streptomyces vào năm 1944. Hiện nay nhóm này gồm có: Streptomycin, Neomycin, Kanamycin, Amikacin, Gentamicin, Tobramycin, Sisomicin, Netimicin và một số thuốc khác. Đó là những kháng sinh hoạt phổ rộng, có cả tác động đối với mycobacterium, Streptomycin và kanamycin đã được sử dụng để chữa lao. Nhưng các vi khuẩn kỵ khí và các rickettsia lại kháng với các thuốc này. Tất cả aminoglycosides đều có hoạt tính ở pH kiềm cao hơn ở pH acid. Thuốc gây độc hại cho dây thần kinh thính giác và thận với những mức độ khác nhau. Aminoglycosides được sử dụng rộng rãi để điểu trị những trường hợp do trực khuẩn đường ruột Gram âm. Trong điều trị nhiễm khuẩn huyết hay viêm nội tâm mạc do Streptococcus feacalis hay các vi khuẩn Gram âm, người ta thường sử dụng phối hợp aminoglycosides với penicillins để làm tăng khả năng thẩm thấu giúp aminoglycosides đi vào bên trong tế bào được dễ dàng. Cơ chế tác động: tất cả các thuốc aminoglycosides đều ức chế tổng hợp protein, do thuốc gắn vào tiểu đơn vị 30S của ribô thể và ức chế nhiệm vụ của tiểu đơn vị này. TETRACYCLINES Các thuốc chính trong nhóm này gồm có: Tetracyclines, Chlortetracycline, Oxytetracycline, Demetocycline, Methacycline, Doxycycline, Minocycline. Các loại tetracyclines có cấu trúc cơ bản giống nhau, chúng khác nhau ở gốc R. Các thuốc này có hoạt phổ rộng. Theo lý thuyết chúng có hoạt tính đối với một số vi khuẩn Gram dương và Gram âm, kể cả rickettsia, chlamydia và mycoplasma. Chúng chỉ khác nhau ở mức độ hoạt tính và nhất là ở mặt dược động học. Tuy nhiên, Minocycline có một tính chất hơi riêng một chút, là một số vi khuẩn đã kháng các tetracyclines thì vẫn còn nhạy cảm với minocycline. Hình 1.6: Streptomycin Hình 1.7: Một số Aminoglycosides Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 10 Tất cả tetracyclines đều được hấp thu nhanh chóng qua đường ruột và được phân phối rộng rãi trong các mô cơ thể, nhưng rất khó xâm nhập dịch não tuỷ. Một số có thể được sử dụng đường tiêm bắp hay tiêm tĩnh mạch. Thuốc được đào thải qua phân và nước tiểu. Tetracyclines là những thuốc có tác dụng ngưng khuẩn, chúng ức chế sự phát triển của những vi khuẩn Gram dương và Gram âm nhạy cảm, và là thuốc chọn lọc để điều trị các nhiễm khuẩn do rickettsia, chlamydia và Mycoplasma pneumoniae. Tetracyclines cũng thường được dùng để điều trị vi khuẩn tả, phối hợp với streptomycin để điều trị bệnh do brucella, yersinia và francisella. Cơ chế tác động: các tetracyclines gắn vào tiểu đơn vị 30S của ribô thể, gây ức chế quá trình tổng hợp protein. CHLORAMPHENICOL Là thuốc có nguồn gốc từ nấm Streptomyces venezuelae. Ngày nay, thuốc được sản xuất trong công nghiệp bằng tổng hợp hoá học. Trong nhiều chất dẫn xuất đã được tổng hợp thì có Thiamphenicol được sử dụng. Chất này có tính chất dược động học hơi khác một chút so với chloramphenicol. Hoạt phổ của hai loại giống nhau, nghĩa là đều có hoạt tính với vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Chloramphenicol được hấp thu nhanh qua đường tiêu hoá và được phân phối rộng rãi trong các mô và dịch của cơ thể kể cả hệ thần kinh trung ương và dịch não tuỷ. Thuốc được bài tiết chủ yếu bằng đường tiểu. Chloramphenicol là thuốc ngưng khuẩn. Điều cần lưu ý là việc sử dụng chloramphenicol ở một số bệnh nhân có thể đưa đến bệnh thiếu máu do suy tuỷ, nhưng cơ chế thì chưa hiểu rõ. Chloramphenicol được xem là thuốc chọn lọc để điều trị trong các trường hợp sau: - Nhiễm khuẩn salmonella (thí dụ sốt thương hàn). - Nhiễm khuẩn Haemophilus influenzae có sản xuất β-lactamase. - Nhiễm khuẩn não mô cầu ở người nhạy cảm penicillins. - Các loại nhiễm khuẩn do vi khuẩn kỵ khí hay các nhiễm khuẩn phối hợp ở hệ thần kinh trung ương (thí dụ áp xe não). - Các trường hợp nhiễm khuẩn nặng do rickettsia. Hình 1.8: Tetracyclines Hình 1.9: Chloramphenicol [...]... do vi khuẩn kỵ khí Lincomycin dùng điều trị cầu khuẩn Gram dương, đặc biệt hữu hiệu đối với nhiễm khuẩn tuỷ xương do staphylococci Cơ chế tác động: các kháng sinh này đều gắn vào tiểu đơn vị 50S của ribô thể, ức chế tổng hợp protein RIFAMYCIN Hai kháng sinh của nhóm được dùng trong chữa bệnh là Rifamycin SV và Rifamycin Chúng có tác dụng tốt đối với mycobacteria Rifamycin là thuốc chống lao tốt nhất... Rifamycin còn có tác động trên nhiều loại trực khuẩn Gram âm như một số vi khuẩn đường ruột Cơ chế tác động: các rifamycin ức chế sự tổng hợp RNA do phong bế các RNA polymerase mà DNA phụ thuộc Hình 1.10: Rifamycin SV 11 Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng POLYPEPTIDES Nhiều kháng sinh có cấu trúc polypeptides có khả năng diệt khuẩn, nhưng do độc tính cao, nhất là đối với thận nên phần lớn không được sử dụng.. .Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng - Nhiễm khuẩn mắt, ngoại trừ do chlamydia Cơ chế tác động: chloramphenicol gắn vào tiểu đơn vị 50S của ribô thể, làm ức chế quá trình tổng hợp protein của vi khuẩn MACROLIDES VÀ CÁC THUỐC LÂN CẬN Các thuốc macrolides có rất nhiều loại khác nhau, trong đó có ba thuốc chính là Erythromycin, Spiramycin và Oleandomycin Các thuốc này thường có tính kháng chéo... không vào được dịch não tuỷ hoặc khớp xương Hoạt phổ của chúng tương tự nhau Có hoạt tính diệt khuẩn mạnh đối với trực khuẩn Gram âm, kể cả pseudomonas đã kháng các kháng sinh khác Các vi khuẩn Gram dương, cầu khuẩn Gram âm cũng như mycobacteria đều kháng lại thuốc này Cơ chế tác động: polymyxins gắn vào màng bào tương của vi khuẩn, gây rối loạn quá trình thẩm thấu Cân bằng thẩm thấu của tế bào bị phá... Các vi khuẩn Gram âm đều kháng lại các thuốc này Sự khác nhau giữa chúng là Ristocetin có tác động với mycobacteria còn Vancomycin thì không Hiện nay các kháng sinh này được dùng chữa các nhiễm khuẩn nặng do tụ cầu, cầu khuẩn đường ruột và một số clostridia Chúng không được sử dụng rộng rãi vì khá độc đối với cơ thể Cơ chế tác động: ức chế một trong các giai đoạn của quá trình tổng hợp vách tế bào -... cầu ít nhạy cảm Thuốc cũng có tác dụng với cầu khuẩn Gram âm Cơ chế tác động: ức chế tổng hợp DNA và RNA - Fusidic acid: hoạt tính của thuốc giới hạn đối với vi khuẩn Gram dương, trước hết là tụ cầu rồi đến các vi khuẩn Gram âm Cơ chế tác động: ức chế sự tổng hợp protein - Các Nitrofurans: đây là những chất kháng khuẩn tổng hợp có tác dụng diệt khuẩn mạnh in vitro đối với nhiều vi khuẩn Gram dương và... động: ức chế sự tổng hợp DNA của vi khuẩn - Các thuốc kháng lao: một số thuốc tiêu biểu trong nhóm này là: + Isoniazid (Isonicotinic acid hydrazide, INH): ít hiệu quả trên phần lớn vi khuẩn, nhưng lại có hiệu quả tốt đối với mycobacteria đặc biệt là M tuberculosis Phần lớn trực khuẩn lao bị ức chế và bị giết bởi isoniazid in vitro Tuy nhiên trong một số lượng lớn trực khuẩn lao 12 Kháng sinh: Công nghệ... Ứng dụng thường xuất hiện một vài vi khuẩn kháng isoniazid, vì thế thuốc thường được sử dụng phối hợp với các thuốc kháng lao khác như Ethambutol hay Rifampicin Thuốc tác động trên mycobacteria bằng cách ức chế sự tổng hợp mycolic acid Thuốc được hấp thu nhanh và hoàn toàn qua đường tiêu hoá, vào dễ dàng trong các mô kể cả dịch não tuỷ + Ethambutol: là thuốc tổng hợp, tan được trong nước, bền với nhiệt... ethambutol, isoniazid hay các thuốc kháng lao khác để ngừa chủng đột biến kháng rifampicin + Aminosalicylic acid (PAS): cấu trúc tương tự p-aminobenzoic acid và sulfonamides Phần lớn vi khuẩn không bị ức chế bởi PAS, nhưng trực khuẩn lao bị ức chế ở nồng độ 1 – 5 μg/mL Việc sử dụng PAS cũng thường đưa đến chủng M tuberculosis kháng thuốc, vì vậy PAS thường được phối hợp với thuốc kháng lao khác Tuy nhiên PAS... vi nấm ngoài da đặc biệt là Microsporum audouini và Trichophyton rubrum - Thuốc kháng virus: do cấu trúc và cách nhân lên của virus, chúng không bị tác động bởi các thuốc kháng sinh thông thường Tuy nhiên, quá trình nhân lên của virus cũng có thể bị tác động bởi một số hoá chất ở những giai đoạn khác nhau Bên cạnh những kháng thể globulins chuyên biệt để ngăn chặn virus xâm nhập vào tế bào, một số chất . Kháng sinh: Công nghệ và Ứng dụng 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÁNG SINH 1.1. Giới thiệu lịch sử chất kháng sinh: Sự phát triển về vi sinh vật học nói chung, và vi sinh vật công. các chất kháng sinh penicilin bán tổng hợp đã cho phép tạo ra hàng loạt dẫn xuất penicilin và một số kháng sinh -lactam bán tổng hợp khác. 1.2. Định nghĩa kháng sinh: Chất kháng sinh được. định trên các đối tượng vi sinh vật gây bệnh kiểm định lựa chọn tương ứng cho mỗi chất kháng sinh. 1.5. Phổ kháng khuẩn của kháng sinh: Phổ kháng khuẩn của chất kháng sinh biểu thị số lượng