báo cáo Nhập môn công nghệ sinh học

Kháng sinh là một loại vũ khí quan trọng để chống lại vi sinh vật. Tuy nhiên, với việc sử dụng kháng sinh không hợp lý như ngày nay thì hiện tượng vi khuẩn kháng kháng thuốc nhiều hơn, làm cho việc điều trị kém hiệu quả và con người đang phải vất vả khắc phục hậu quả đó. Việc sử dụng kháng sinh hợp lý thuốc kháng sinh phải thông qua việc chuản đoán lâm sàng chính xác và rất cần thiết phải dựa vào kết quả phân tích vi sinh để định rõ bản chất của vi khuẩn gây bệnh và biết được tính nhạy của nó với kháng sinh. Vì tầm quan trọng của việc sử dụng thuốc kháng sinh hợp lý, không được sử dụng bừa bãi thuốc kháng sinh cho vật nuôi khi có dấu hiệu nhiễm khuẩn.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG

GVHD: PHẠM MINH TUẤN

SVTH:

NGUYỄN THỊ HOÀI THẮM

NÔNG THỊ DUNG

LÊ THỊ VUI NGUYEN THI KIM TUYEN NGUYEN THI HUYEN TP.H CHÍ MINH, Ngay 27 Thang 12 Nam 2013 Ồ CHÍ MINH, Ngay 27 Thang 12 Nam 2013

MỤC LỤC

TỔNG QUAN VỀ KHÁNG SINH2

I II KHÁNG SINH TIÊU BIỂU: PENICILIN

Phần mở đầu

Kháng sinh là một loại vũ khí quan trọng để chống lại vi sinh vật Tuy nhiên, với việc sử dụng kháng sinh không hợp lý như ngày nay thì hiện tượng vi khuẩn kháng kháng thuốc nhiều hơn, làm cho việc điều trị kém hiệu quả và con người đang phải vất vả khắc phục hậu quả đó

Việc sử dụng kháng sinh hợp lý thuốc kháng sinh phải thông qua việc chuản đoán lâm sàng chính xác và rất cần thiết phải dựa vào kết quả phân tích vi sinh để định rõ bản chất của vi khuẩn gây bệnh và biết được tính nhạy của nó với kháng sinh Vì tầm quan trọng của việc sử dụng thuốc kháng sinh hợp lý, không được sử dụng bừa bãi thuốc kháng sinh cho vật nuôi khi có dấu hiệu nhiễm khuẩn

Để phục vụ cho quá trình học tập, nghiên cứu về kháng sinh việc sử dụng kháng sinh như

hiện nay nên nhóm chon đề tài ”Kháng sinh” mục đích nhằm hiểu sâu hơn về kháng

sinh, phân loại kháng sinh, cơ chế tác động của kháng sinh và nguyên tắc sử dụng kháng sinh

I TỔNG QUAN VỀ KHÁNG SINH

1.1 Lịch sử kháng sinh.

Giữa thế kỉ 17, một thầy thuốc người Anh đã dùng rêu áp lên vết thương để chữa bệnh Cuối TK 19 tại Anh các mẫu bánh mì mốc được dùng để chữa vết thương

Năm 1928, Alexander Flemming, một nhà khoa học Scotland, lần đầu tiên thấy trong

môi trường nuôi cấy tụ cầu vàng nếu có lẫn nấm Penicillium notatum thì khuẩn

lạc gần nấm sẽ không phát triển được

Năm 1939, Ernst Boris Chain và Howard Walter Florey ( ĐH Oxford) đã chiết được ra

từ nấm đó chất penicillin dùng trong điều trị

25.5.1940 thử nghiệm thành công trên chuột

Hình 1: giới thiệu tổng quan về kháng sinh

Kháng sinh là gì?

Kháng sinh là những chất do vi sinh vật tiết ra hoặc những chất hóa học bán tổng hợp, tổng hợp với nồng độ rất thấp có khả năng đặc hiệu kìm hãm sự phát triển hoặc diệt được vi khuẩn Nó có tác dụng lên vi khuẩn ở cấp độ phân tử, thường là một vị trí quan trọng của vi khuẩn hay một phản ứng trong quá trình phát triển của vi khuẩn

Chất kháng sinh (antibiotic) được phát hiện và ứng dụng sớm nhất là penicilin.

Tetracyclin

Tetracyclin

Oxytetracyclin

Chlotetracyclin

Macrolid

Lincomycin

Phenicol

Chloramphenicol

Sulfamid

Diaminopyrimidin

Pyrimethamin

Cephalosporin

Aminosid

Streptomycin

Spectinomycin

Quinolon

Enrofloxacin Ciprofloxacin Marbofloxacin

Polypeptid

Polymycin

I.3 Cơ chế tác động

Hình 2: Cơ chế tác động của kháng sinh

 Thành tế bào được cấu tạo bởi peptidoglycan(PG), có chức năng giữ hình dạng đặc trưng cho tế bào, bảo vệ tế bào khỏi áp lực thẩm thấu cao ở bên trong tế bào

 PG được cấu tạo bởi các chuỗi polisaccarit đơn phân là hai loại dẫn xuất của glucoza nằm xen kẽ nhau và lặp lại một cách liên tục (NAG-NAM) Để

có thể sinh trưởng và phân chia tế bào phải tổng hợp PG mới và vận chuyển

nó tới đúng vị trí sinh trường của thành tế bào.Chất kháng sinh sẽ ức chế quá trình hình thành liên kết chéo giữa các tetrapeptit của tiểu phân NAM

 Penicilin là chất có vùng chức năng là các vòng β-lactam, các β-lactam ức chế sự hình thành PG mới bằng cách gắn với transpeptidaza là enzyme cần thiết cho sự hình thành liên kết chéo giữa các chuỗi PG, kiềm hãm hoạt tính của enzyme này và làm gián đoạn sự tổng hợp thành tế bào của vi khuẩn

 Các nhóm kháng sinh gồm có penicillin, bacitracin, vancomycin Do tác động lên quá trình tổng hợp vách nên làm cho vi khuẩn dễ bị các đại thực bào phá vỡ do thay đổi áp suất thẩm thấu

 Cơ chế làm mất chức năng của màng làm cho các phân tử có khối lượng lớn và các ion bị thoát ra ngoài.Các kháng sinh này phá hủy màng sinh chất bằng cách gắn với esgosterol hay cholesterol là thành phần của màng sinh chất, tạo nên các lỗ trên màng và làm thất thoát nội chất ra ngoài dẫn tới gây chết tế bào

 Tế bào chất của tất cả các tế bào sống đều được bao bọc bởi một màng tế bào chất Màng này được xem như một hàng rào có khả năng thẩm thấu chọn lọc, thực hiện chức năng vận chuyển chủ động và như vậy kiểm soát các thành phần bên trong tế bào Nếu sự toàn vẹn chức năng của màng tế bào chất bị phá vỡ thì những đại phân tử và ions sẽ thoát khỏi tế bào làm tế bào chất Màng tế bào chất của vi khuẩn và vi nấm có cấu trúc khác với tế bào của động vật và dễ dàng bị phá vỡ bởi một số tác nhân

 Các nhóm kháng sinh gồm có : colistin, polymyxin, gentamicin, amphoterricin

Hình 3: Vị trí tác dụng của kháng sinh ức chế sinh tổng hợp protein

 Nhóm aminoglycosid: gắn với receptor trên tiểu phân 30S của ribosome làm cho quá trình dịch mã không chính xác

Gồm 4 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Thuốc gắn vào Protein là thụ thể chuyên biệt ở trên tiểu đơn vị 30S của ribosome vi khuẩn

 Giai đoạn 2: Thuốc phong bế hoạt tính của phức hợp đầu tiên “initiation complex” của quá trình thành lập chuỗi Peptide (ARNm +

formylmethiomine + ARNt)

 Giai đoạn 3: Thông tin ARNm bị đọc sai ở vùng nhận diện (recognition region) của ribosome, kết quả là một acid amin không phù hợp được đưa vào chuỗi peptide, tạo một Protein không có chức năng

 Giai đoạn 4: Sự gắn của thuốc làm vỡ các polysome thành các monosome không có khả năng tổng hợp Protein, các tác động này xảy ra ít nhiều có tính đồng thời và kết quả là tế bào vi khuẩn bị giết

 Nhóm chloramphenicol : gắn với tiểu phân 50S của ribosome ức chế enzyme peptidyltransferase ngăn cản việc gắn các acid amin mới vào chuỗi

polypeptide

 Nhóm macrolides và lincoxinamid: gắn với tiểu phân 50S của ribosome làm ngăn cản quá trình dịch mã các acid amin đầu tiên của chuỗi polypeptide

 Nhóm refampin: gắn với enzyme RNA polymerase ngăn cản quá trình sao mã tạo thành mRNA (RNA thông tin)

 Nhóm quinolone : ức chế tác dụng của enzyme DNA gyrase làm cho hai mạch đơn của DNA không thể duỗi xoắn làm ngăn cản quá trình nhân đôi của DNA

 Nhóm sulfamide: có cấu trúc giống PABA (p aminobenzonic acid) có tác dụng cạnh tranh PABA và ngăn cản quá trình tổng hợp acid nucleotid

 Nhóm trimethoprim : tác động vào enzyme xúc tác cho quá trình tạo nhân purin làm ức chế quá trình tạo acid nucleic

1.4 Cách sử dụng kháng sinh hiệu quả:

Để có cơ sở chọn loại kháng sinh thích hợp, ta nên dựa vào:

- Kết quả chẩn đoán bệnh

-Tính nhạy cả m của một hay nhiều vi khuẩn gây bệnh đối với một kháng

sinh (dựa vào kháng sinh đồ hoặc những hiểu biết về thống kê dịch tễ)

- Khả năng đi tới ổ bệnh của kháng sinh (dựa vào hiểu biết về tác động dược lý)

- Cơ địa của thú (có mang, bệnh gan, thận, thú non)

II KHÁNG SINH TIÊU BIỂU: PENICILIN

Năm 1928, nhà khoa học Alexander Flemming người Scotland lần đầu tiên thấy trong môi trường nuôi cấy tụ cầu vàng nếu có lẫn nấm penicilium thì khuẩn lạc gần nấm này sẽ không phát triển được, sau đó chất peniciline đã được chiết xuất từ nấm để dùng trong điều trị Vào năm 1941, peniciline trở thành kháng sinh đầu

tiên được tìm ra và được sản xuất để dùng trong lâm sàng Khi đó, kháng sinh

được coi là những chất do vi sinh vật tiết ra (vi khuẩn, vi nấm), có khả năng kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật khác, từ gốc Hy Lạp là antibiotic, nghĩa là chống lại sự sống.

Hình 4: Thuốc penicilin Hình 5: Alexander Fleming

Hình 6: Sinh tổng hợp penicilin

Có 3 bước chính và quan trọng trong việc sinh tổng hợp ra penicillin

G (benzylpenicillin)

 BUOc thứ nhất là trùng ngưng 3 amino axit—α-aminoadipic axit, cysteine, L-valine thành tripeptit Trước khi trùng ngưng thành tripeptit, amino axit L-L-valine phải trải qua epimer (đồng phân không gian) hóa để tạo thành D-valine tripeptit được trùng ngưng được đặt tên là δ-(L-α-aminoadipyl)-L-cysteine-D-valine (ACV) Phản ứng trùng ngưng và epimer hóa được xúc tác bởi enzym δ-(L-α-aminoadipyl)-L-cysteine-D-valine synthetase (ACVS)

 Bước thứ 2 trong sinh tổng hợp penicillin G là chuyển đổi ôxy hóa ACV mạch thẳng thành isopenicillin N trung gian có 2 vòng bởi enzym isopenicillin N

synthase (IPNS), được mã hóa bởi gen pcbC Isopenicillin N là một chất trung gian

rất yếu, do nó không thể hiện hoạt động kháng khuẩn mạnh

 Bước cuối cùng là sự chuyển hóa amin bởi enzym isopenicillin N

N-acyltransferase, trong đó gốc α-aminoadipyl bênh cạnh chuỗi của isopenicillin N bị loại bỏ và thay cho chuỗi phenylacetyl Phản ứng này được điều khiển bởi

gen penDE, là duy nhất trong quá trình tạo penicillin.

Ức chế quá trình tổng hợp vách (vỏ) của vi khuẩn Do tác động lên quá trình tổng hợp vách của vi khuẩn nên dễ bị các đại thực bào phá vỡ do thay đổi áp suất thẩm thấu

Hình 7: Cơ chế tác động của penicillin

Penicillin sát trùng bằng cách giết vi khuẩn và hạn chế sự sinh trưởng của chúng Chất này không giết các phần tử trong trạng thái nghỉ mà chỉ tiêu diệt các phần tử đang sinh trưởng và sinh sản Penicillin tiêu diệt nhiều loài vi khuẩn gây bệnh khác nhau

như pneumococci, streptococci, gonococci, meningococci, clostridium và syphi lis spirochete Penicillin được sử dụng làm dược phẩm trị các căn bệnh chết người như viêm nội tâm mạc, nhiễm trùng máu, gas gangrene, mủ lậu, và sốt vàng da, giang mai, viêm loét lưỡi cấp

3.1 Nguyên tắc sử dụng kháng sinh

Chỉ định theo phổ tác dụng nếu nhiễm khuẩn đã xác định, dung kháng sinh phổ hẹp

Dung đủ liều để đạt được nồng độ đủ và ổn định

Chỉ dung kháng sinh ccho nhiễm khuẩn không dung cho nhiễm vi rus Dung càng sớm càng tốt

Dung đủ thời gian: trên cơ sở nhiễm khuẩn, vi khuẩn ở nhiều giai đoạn khác nhau với kháng sinh Nếu sau 2 ngày dung kháng sinh, sốt không giảm, cần thay hoặc phối jowpj kháng sinh

Cần phối hợp với biện pháp điều trị khác: khi nhiễm khuẩn có ổ mủ, hoại tử mô, phẩu thuật bổ sung vitamin và chú ý đến công tác hộ lý

Phòng ngừa bằng thuốc kháng sinh phải thật hợp lý

III.2.1 Khái niệm

Kháng sinh kháng xảy ra khi một loại kháng sinh đã bị mất khả năng kiểm soát hiệu quả hoặc giết chết vi khuẩn phát triển, nói cách khác, vi khuẩn "kháng" và tiếp tục nhân lên trong sự hiện diện của nồng độ điều trị của một kháng sinh

3.2.2 Cơ chế

 Vi khuẩn sản xuất enzyme phá hủy hoạt tính của kháng sinh

 Thay đổi khả năng tiếp xúc của kháng sinh và vi sinh vật gây bệnh

 Vi khuẩn thay đổi khả năng thẩm thấu của màng tế bào đối với chất kháng sinh

 Vi khuẩn làm thay đổi khả năng thẩm thấu của màng tế bào đối với thuốc

 Vi khuẩn thay đổi đường biến dưỡng làm mất tác dụng của thuốc

Hình 8: Cơ chế kháng kháng sinh của vi khuẩn

 Kháng sinh được phối hợp nhau trong các trường hợp:

 Mở rộng phổ kháng khuẩn

 Điều trị mà chưa xác định được khuẩn gây bệnh

 Cho những trường hợp nhiễm trùng kết hợp

 Cần tác động hiệp lực

 Bệnh nặng cần phải điều trị ngay không phải chờ kết quả xét nghiệm

 Hạn chế sự đề kháng

 Đối với kháng sinh tạo đề kháng nhanh

Hình 9: Mô tả nguyên tắc phối hợp kháng sinh

 Khi thầy thuốc không hiểu rõ và phối hợp không đúng sẽ:

 Dễ gây kháng do sự chọn lựa của vi khuẩn

 Hiệp đồng đối kháng.

 Giá thành điều trị cao

 Nói chung, nên hạn chế phối hợp vì đã có kháng sinh phổ rộng

Siêu kháng sinh từ đại dương

Việc phát hiện một dòng thuốc kháng sinh hoàn toàn mới là một trường hợp hết sức hiếm hoi, mở ra hy vọng điều trị hiệu quả những tình trạng nhiễm khuẩn MRSA (tụ cầu khuẩn vàng kháng trụ sinh) và bệnh than, vốn là mối đe dọa

nghiêm trọng cho các cộng đồng, theo BBC

Hợp chất mới, tên anthracimycin, dường như có hiệu quả khi dùng để điều trị những nhiễm khuẩn nguy hiểm như trên, do cấu trúc của nó không giống như các kháng sinh trong tự nhiên từng được tìm thấy trước đây “Điểm thật sự quan trọng trong cuộc nghiên cứu này là anthracimycin có cấu trúc hóa chất độc nhất vô nhị

và mớimẻ”, theo trưởng nhóm William Fenical của Viện Hải dương học Scripps Phát hiện mới đồng thời hứa hẹn sẽ tạo cơ hội phát triển những dòng kháng sinh liên quan Sau khi chuyên gia Alexander Fleming tìm thấy Penicillin vào năm

1928, hơn 25 loại thuốc đã được điều chế

Hình 10: Lưu ý khi sử dụng kháng sinh

1 Chỉ sử dụng kháng sinh khi thật sự bị bệnh nhiễm khuẩn Chỉ có thầy thuốc điều trị dựa vào kinh nghiệm chữa bệnh, dựa vào xét nghiệm, làm kháng sinh đồ mới xác định được có nhiễm khuẩn hay không?

2 Phải chọn đúng loại kháng sinh Nếu chọn dùng kháng sinh không đúng loại bệnh thuốc sẽ không có hiệu quả

3 Phải có sự hiểu biết về thể trạng người bệnh Ðặc biệt đối với các phụ nữ có thai, người già, người bị suy gan, suy thận, chỉ có thầy thuốc điều trị mới có đủ thẩm quyền cho sử dụng kháng sinh

4 Phải dùng kháng sinh đúng liều đúng cách

5 Phải dùng kháng sinh đủ thời gian Tùy theo loại bệnh và tình trạng bệnh thời gian dùng kháng sinh có khi dài khi ngắn nhưng thông thường là không dưới 5 ngày

6 Chỉ phối hợp nhiều loại kháng sinh khi thật cần thiết

7 Phòng ngừa bằng thuốc kháng sinh phải thật hợp lý Chỉ có những trường hợp đặc biệt thầy thuốc mới cho dùng thuốc kháng sinh gọi là phòng ngừa Thí dụ, dùng kháng sinh phòng ngừa trong phẫu thuật do nguy cơ nhiễm khuẩn hậu phẫu Hoặc người bị viêm nội mạc tim đã chữa khỏi vẫn phải dùng kháng sinh để ngừa tái nhiễm

VII KẾT LUẬN

Thuốc kháng sinh có lịch sử nghiên cứu rất lâu đời, là các hợp chất tự nhiên, bán tổng hợp hoặc tổng hợp, có tác dụng diệt khuẩn có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt

vi sinh vật gây bệnh Với sự phát triển của các nhóm kháng sinh như hiện nay

để kháng sinh thực sử phát huy tác dụng, hiệu quả trong việc điều trị các bệnh nhiễm khuẩn.Việc sử dụng thuốc kháng sinh cần đảm bảo các nguyên tắc, quy định trong việc sử dụng để khắc phục hậu quả kháng kháng thuốc sinh khá phổ biến hiện nay do viếc lạm dụng thuốc của bệnh nhân, kể cả bác sĩ, nhân viên y tế

và nhân viên nhà thuốc Khi mắc bệnh nhiễm khuẩn mà không còn hoặc không có thuốc điều trị sẽ gây ra những hệ lụy không lường được Vì vậy, mọi người kể cả bệnh nhân lẫn bác sĩ và các nhân viên y tế đều cần phải quan tâm đến vấn đề thuốc kháng sinh trước khi quá muộn

VIII TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bài giảng Nhập môn Công nghệ Sinh Học,Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm,TP.HCM

2 Nhập môn Công nghệ Sinh Học,Phạm Thành Hổ,NXB Giáo Dục,Hà Nội

3. http://www.docstoc.com/docs/105058076/KH%EF%BF%BDNG-SINH-V

%EF%BF%BD-CO-CH-KH%EF%BF%BDNG-THUC-CA-VI-KHUN

4. http://www.khoahoc.com.vn/doisong/yhoc/suc-khoe/48267_Sieu-khang-sinh-tu-dai-duong.aspx

5. http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/652penicillin.html

6 Báo cáo tốt nghiệp khoa Công Nghệ Sinh Học trường Đại học Mở TP HCM

7. http://www2.wmin.ac.uk/~redwayk/lectures/Antibiotics/

Antibiotics.htm#DISCOVERY

8. http://3tpharma.com.vn/1604/nhung-luu-y-khi-su-dung-thuoc-khang-sinh/

9. http://www.dieutri.vn/duocly/6-7-2011/S946/Dai-cuong-thuoc-khang-sinh.htm#ixzz2p8j9GL2l

10. http://bocaudua.com/index.php?language=vi&nv=news&op=Benh-tat-thuoc/Phan-loai-va-phoi-hop-khang-sinh-hieu-qua-53

11. Al-Abdallah, Q., Brakhage, A A., Gehrke, A., Plattner, H., Sprote, P., Tuncher, A (2004) “Regulation of Penicillin Biosynthesis in Filamentous

Fungi” Trong Brakhage AA Molecular Biotechnolgy of Fungal

beta-Lactam Antibiotics and Related Peptide Synthetases (88) tr 45–

90 doi:10.1007/b99257 ISBN3-540-22032-1

12. Brakhage, A A (1998) “Molecular Regulation of β-Lactam Biosynthesis

in Filamentous Fungi” Microbiol Mol Biol Rev 62 (3): 547–

85 PMC98925 PMID9729600

13. Baldwin, J E., Byford, M F., Clifton, I., Hajdu, J., Hensgens, C., Roach,

P, Schofield, C J (1997) “Proteins of the Penicillin Biosynthesis

Pathway” Current Opinion in Structural Biology(7): 857–64.