всеобщность
Бета-лактамы (или β-лактамы) представляют собой большое семейство антибиотиков, включающее многочисленные молекулы, которые имеют общее центральное ядро в основе своей химической структуры: бета-лактамное кольцо, также известное как бета-лактам .
Бета-лактамное кольцо - помимо того, что является центральным ядром этого класса антибиотиков - также является фармакофором этих молекул, то есть именно эта группа придает антибактериальные свойства, типичные для этих лекарств.
Бета-лактамные классы антибиотиков
В большом семействе бета-лактамов мы находим четыре класса антибиотиков, пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы и монобактамы .
Основные характеристики этих препаратов будут кратко описаны ниже.
пенициллины
Пенициллины являются антибиотиками природного происхождения, так как они получены из грибка (то есть, грибка).
Точнее, основатели этого класса антибиотиков - пенициллин G (или бензилпенициллин ) и пенициллин V (или феноксиметилпенициллин ) - впервые были выделены из культур Penicillium notatum (плесень, известная сейчас как Penicillium chrysogenum ).
Открытие пенициллина приписывается Александру Флемингу, который в 1928 году наблюдал, как колонии Penicillium notatum способны ингибировать рост бактерий.
Однако бензилпенициллин и феноксиметилпенициллин были выделены только через десять лет благодаря группе английских химиков.
С этого момента началось большое развитие исследований в области пенициллинов в попытке найти новые соединения, которые всегда были более безопасными и более эффективными.
Были открыты и синтезированы тысячи новых молекул, некоторые из которых до сих пор используются в терапии.
Пенициллины - это антибиотики, обладающие бактерицидным действием, то есть они способны убивать бактериальные клетки.
Среди многих молекул, принадлежащих к этому великому классу, мы вспоминаем ампициллин, амоксициллин, метициллин и оксациллин.
Цефалоспорины
Цефалоспорины, такие как пенициллины, также являются антибиотиками природного происхождения.
Молекула, которая считается прародителем этого класса лекарств - цефалоспорин С - была открыта итальянским доктором Джузеппе Броцу из Университета Кальяри.
За прошедшие годы были разработаны многочисленные цефалоспорины с повышенной активностью по сравнению с их природным предшественником, что позволило получить более эффективные лекарственные средства с более широким спектром действия.
Цефалоспорины также являются бактерицидными антибиотиками.
К этому классу препаратов относятся цефазолин, цефалексин, цефуроксим, цефаклор, цефтриаксон, цефтазидим, цефиксим и цефподоксим.
карбапенемы
Прародитель этого класса лекарств - тиенамицин, впервые выделенный из актиномицетов Streptomyces cattleya .
Было обнаружено, что тиенамицин представляет собой соединение с интенсивной антибактериальной активностью, обладающее широким спектром действия и способное ингибировать некоторые типы β-лактамаз (в частности, ферменты, продуцируемые некоторыми бактериальными видами, способными гидролизовать бета-лактам и инактивировать антибиотик).
Поскольку было обнаружено, что тиенамицин очень нестабилен и его трудно выделить, в его структуру были внесены изменения, в результате чего было получено более стабильное первое полусинтетическое производное, имипенем.
В этот класс антибиотиков также включены меропенем и рапенем.
Карбапенемы являются бактериостатическими антибиотиками, то есть они не способны убивать бактериальные клетки, но тормозят их рост.
монобактамы
Единственный препарат, относящийся к этому классу антибиотиков, - это азтреонам.
Aztreonam не происходит из природных соединений, но имеет полностью синтетическое происхождение. Он имеет спектр действия, ограниченный грамотрицательными бактериями, а также обладает способностью инактивировать определенные типы β-лактамаз.
Механизм действия
Все бета-лактамные антибиотики действуют, препятствуя синтезу клеточной стенки бактерий, то есть они препятствуют синтезу пептидогликана.
Пептидогликан представляет собой полимер, состоящий из параллельных цепочек азотсодержащих углеводов, соединенных поперечными связями между аминокислотными остатками.
Эти связи образуются определенными ферментами, принадлежащими к семейству пептидаз (карбоксипептидаза, транспептидаза и эндопептидаза).
Бета-лактамные антибиотики связываются с этими пептидазами, предотвращая образование вышеупомянутых поперечных связей; таким образом, внутри пептидогликана образуются слабые области, которые приводят к лизису и гибели бактериальной клетки.
Устойчивость к бета-лактамным антибиотикам
Некоторые виды бактерий устойчивы к бета-лактамным антибиотикам, поскольку они синтезируют определенные ферменты ( β-лактамазы ), способные гидролизовать кольцо бета-лактама; при этом они инактивируют антибиотик, мешая ему выполнять свою функцию.
Чтобы устранить эту проблему устойчивости, бета-лактамные антибиотики можно вводить вместе с другими соединениями, называемыми ингибиторами β-лактамазы, которые, как следует из названия, ингибируют активность этих ферментов.
Примерами этих ингибиторов являются клавулановая кислота, которая часто встречается в сочетании с амоксициллином (например, в лекарственном препарате Clavulin®), сульбактам, который содержится в комбинации с ампициллином (например, в лекарственном препарате Unasyn®) и тазобактам, который можно найти во многих лекарствах в сочетании с пиперациллином (например, в лекарстве Tazocin®).
Однако устойчивость к антибиотикам не только вызвана продукцией β-лактамазных бактерий, но также может быть вызвана другими механизмами.
Эти механизмы включают в себя:
- Изменения в структуре антибиотиков-мишеней;
- Создание и использование метаболического пути, отличного от того, который ингибируется препаратом;
- Таким образом, изменения проницаемости клеток для лекарственного средства препятствуют прохождению или адгезии антибиотика к мембране бактериальной клетки.
К сожалению, феномен резистентности к антибиотикам в последние годы значительно усилился, главным образом из-за злоупотребления и неправильного использования.
Поэтому такие мощные и эффективные лекарства, как бета-лактамы, все чаще становятся бесполезными из-за постоянного развития устойчивых штаммов бактерий.
