Биотехнология - Ю.О. Сазыкин 2006

Частная биотехнология
Проблемы поиска, создания и применения антибиотиков в медицинской практике
Антибиотикорезистентность - Поиск новых природных беталактамов и целенаправленная трансформация беталактамной молекулы

Мишени для беталактамов в бактериальной клетке, как отмечалось, множественны, в клетке имеются разные виды пенициллинсвязывающих белков (PBPs). Преимущественное воздействие на белок того или иного вида ведет к разным эффектам — литическому, бактерицидному без лизиса, бактериостатическому с разной длительностью бактериостазиса и т. п. Все это имеет значение для клиники при определении выбора препарата для конкретного больного, режима антибиотикотерапии: частоту введения, возможность использования комбинаций двух беталактамных антибиотиков и т.д.

У некоторых встречающихся в клинике резистентных к беталактамам штаммов бактерий резистентность проявляется, как отмечалось, на уровне PBPs, т.е. мишени уменьшают сродство к «старым» беталактамам. Поэтому новые природные и полусинтетические беталактамы проверяются на степень сродства к PBPs этих штаммов.

Высокое сродство означает перспективность новых беталактамных структур. Далее, при оценке новых беталактамных структур проверяется их устойчивость к действию разных беталактамаз — пенициллаз и цефалоспориназ плазмидного и хромосомного происхождения, выделенных из разных бактерий. С этой целью используются большие наборы беталактамаз, обладающих разной субстратной специфичностью. Если большинство используемых беталактамаз не инактивирует новую беталактамную структуру, то она признается перспективной для клиники и заслуживает дальнейшего углубленного изучения.

Первые успехи в этом направлении были получены, когда химиками были созданы нечувствительные к распространенным у стафилококков пенициллиназам полусингетические пенициллины, такие как метициллин и оксациллин, а также нечувствительный к ферменту из синегнойной палочки карбенициллин. Получить эти полусинтетические пенициллины удалось после того, как из бензил пенициллина была выделена 6-амино пени циллановая кислота (6АПК):

условно названная «ядром» молекулы пенициллина. В промышленных условиях 6АПК производят ферментативным гидролизом либо бензил пенициллина (в России), либо феноксиметилпенициллина (за рубежом) с помощью фермента пенициллинацилазы, который осуществляет гидролиз пенициллина по связи СО — NH (между радикалом и ядром) с получением 6АПК. Ацилированием 6АПК были получены указанные антибиотики.

Далее было показано, что наличие метоксигруппы или некоторых других заместителей в баположении у пенициллинов и, соответственно, в 7а-положении у цефалоспоринов приводит к тому, что многие беталактамазы теряют способность гидролизовать беталактамное кольцо у таких природных или полусинтетических беталактамных антибиотиков как, например, у цефамицина С:

Эффективность беталактамов против грамотрицательных бактерий зависит и от такого фактора, как скорость прохождения через пориновые каналы. Преимущество здесь имеют компактные молекулы, которые проникают и через катионоселективные, и через анионоселективные каналы. Получил, например, практическое применение антибиотик такого рода, как имипенем:

К его ценным свойствам относится также устойчивость к раду беталактамаз.

Немалой ценностью обладают беталактамные структуры, у которых вводимые в ядро молекулы-заместители создают в ней катионный центр.

Такие беталактамы высокоактивны против многих кишечных бактерий по причине катионоселективности пориновых каналов у бактерий, обитающих в кишечном тракте.

В качестве примера можно привести структуру молекулы применяемого в клинике беталактама — цефтазидима:

Отметим, что химические модификации все чаще затрагивают структуру сконденсированного с беталактамом пяти- или шестичленного кольца. Если сера в пятичленном (пенициллины) или шестичленном (цефалоспорины) кольце замешена на кислород или углерод, то соединения называют «нетрадиционные» или «неклассические» беталактамы. К ним относится уже упоминавшийся, быстро проникающий через пориновые каналы имипенем. Также к «нетрадиционным» относят и такие беталактамы, в которых беталактамное кольцо не сконденсировано с другим кольцом (пяти- или шестичленним). Они получили название «монобактамы», а наибольшую известность приобрел ценный для медицинской практики препарат азтреонам:

Значительный интерес представляют также природные соединения с гаммалактамным, т.е. пятичленным, кольцом, обладающие высокой антибактериальной активностью и широким спектром действия. Их мишенями, как и у беталактамов, являются транспептидазы пептидогликана, т.е. разные PBPs. При контакте с мишенью гаммалактамное кольцо подобно беталактамному расщепляется и происходит ацилирование одного из аминокислотных остатков в активном центре транспептидаз. Беталактамазы могут, как оказалось, инактивировать и гаммалактамы. Однако большая стабильность пятичленного гаммалактамного кольца по сравнению с четырехчленным беталактамным расширяет возможности химического синтеза, т.е. получение синтетических гаммалактамов с пространственной защитой гаммалактамного кольца от беталактамаз.

Ряды получаемых синтетических гаммалактамов быстро растут и некоторые из этих соединений уже проходят предклинические испытания.