Использование пенициллиназы в биотехнологии

Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию РФ

Гоу ВПО «Самарский Государственный

Медицинский Университет Росздрава»

Кафедра фармацевтической технологии

Реферат

по биотехнологии

на тему:

Использование пенициллиназы в биотехнологии

Исполнитель:

студентка 6 курса 64 группы

Трошина Мария Владимировна

Руководитель:

зав. кафедрой

фармацевтической технологии,

доктор фармацевтических наук,

профессор Первушкин С.В.

Самара 2009

Содержание

Введение. 3

1. Пенициллиназы. Общие сведения. 5

2. Классификация, свойства и механизм действия пенициллиназ. 7

3. Использование пенициллиназы в биотехнологии. 8

4. Ингибиторы беталактамаз. 9

Заключение. 11

Список литературы.. 14

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.

 

1. Пенициллиназы. Общие сведения

Пенициллиназы (бета-лактамазы) - ферменты, разрывающие β-лактамное кольцо пенициллинов и цефалоспоринов.

Синтезируются грамположительными (бациллами, клостридиями, стафилококками и др.) и некоторыми грамотрицательными (напр., протеем) бактериями.

Гены, кодирующие синтез β-лактамаз, находятся в бактериальной хромосоме или R-плазмиде и могут передаваться другим особям трансдукцией или трансформацией.

Продуценты пенициллиназ устойчивы к большинству препаратов пенициллинового и цефалоспоринового рядов.

Бета-лактамазы расширенного спектра являются плазмидными ферментами, продукция которых является общей для семейства Enterobacteriaceae, особенно для Klebsiella pneumoniae.

Пенициллиназы (бета-лактамазы) - ферменты, разрывающие β-лактамное кольцо пенициллинов и цефалоспоринов.

Синтезируются грамположительными (бациллами, клостридиями, стафилококками и др.) и некоторыми грамотрицательными (напр., протеем) бактериями. Гены, кодирующие синтез β-лактамаз, находятся в бактериальной хромосоме или R-плазмиде и могут передаваться другим особям трансдукцией или трансформацией.

Продуценты пенициллиназ устойчивы к большинству препаратов пенициллинового и цефалоспоринового рядов.

Бета-лактамазы расширенного спектра являются плазмидными ферментами, продукция которых является общей для семейства Enterobacteriaceae, особенно для Klebsiella pneumoniae.

Ферментативное расщепление (гидролиз) беталактамного кольца ведет к полной инактивации беталактамного антибиотика. Это было показано на примере бензилпенициллинов еще в 1940-х гг. Э.Чейном, впервые очистившим пенициллин. Продукт ферментативного расщепления бензилпенициллина — пенициллоиновая кислота полностью не активна. Это легко объяснимо, так как механизм действия беталактамных антибиотиков связан именно с расщеплением беталактамного кольца и ацилированием гидроксильной группы серина в активном центре ферментов-мишеней.

В случае же пенициллиназ беталактамное кольцо также расщепляется, и антибиотик быстро освобождается из активного центра этих ферментов с присоединением атома водорода и гидроксила.

В настоящие время пенициллиназы составляют обширную группу одинаковых по механизму действия, но разнящихся по субстратной специфичности ферментов, объединенных под общим названием «беталактамазы».

Наиболее часто лекарственная устойчивость связана со способностью микроорганизмов вырабатывать ферменты, инактивирующие антибактериальные препараты.

Характерный пример устойчивости этого типа — способность бета-лактамаз (пенициллиназ) бактерий гидролиэировать бета-лактамные кольца пенициллинов и цефалоспоринов. В результате разрыва бета-лактамной связи антибиотики теряют свою специфическую активность в отношении микроорганизмов.

Бета-лактамазы бывают как широкого спектра действия, расщепляющие пенициллины и цефалоспорины, так и узкого — активные в отношении только одной из групп этих антибиотиков. Пенициллиназы грамположительных микроорганизмов служат индуцируемыми ферментами, поэтому их синтез начинается только в момент контакта бактерии с бета-лактамами. При этом пенициллиназа высвобождается из бактериальных клеток и инактивирует антибиотик в межклеточном пространстве.

В то же время бета-лактамазы грамотрицательных бактерий детоксицируют антибиотик в периплазматическом пространстве. Таким образом, они инактивируют проникшие через наружную мембрану бета-лактамы еще до того, как антибиотик связался с ферментами, участвующими в синтезе клеточной стенки. Пенициллиназы резистентных грамотрицательных микроорганизмов синтезируются конститутивно и постоянно находятся в периплазматическом пространстве.

Известно, что беталактамазы произошли от транспептидаз и D,D-карбоксипептидаз пептидогликана, т. е. из ферментов-мишеней в бактериальной клетке, необратимо инактивируемых беталактамами.

Гены беталактамаз, локализуются как в бактериальной хромосоме, так и в плазмидах, которые не находятся под столь строгим регуляторным контролем в клетке, как хромосомный генетический материал, и могут существовать во многих копиях, что повышает количество генов беталактамаз и уровень самих ферментов в клетке. Между хромосомами и плазмидами нередко происходит обмен генами, в частности беталактамаз.

Очень важно, что гены беталактамаз, локализованные в плазмиде, могут передаваться при конъюгации вместе с плазмидой в другую клетку. Это означает, что плазмидные гены быстро распространяются по клеточной популяции, для чего не нужно даже деления клеток.

Возможен и межвидовой перенос плазмидных генов беталактамаз, например, из клетки кишечной палочки в клетку сальмонеллы и т.п.