Mechanismen der Handlung von Antibiotika

Biologe Dr Doping erzählt über den Mechanismus der Handlung von ribosomes, das Protein biosynthetic Apparat und widerstandsfähige Beanspruchungen von Bakterien zu Antibiotika.

Antibiotika sind ein kleines Molekül natürlicher, halbsynthetischer oder synthetischer Ursprung, die das Wachstum von Bakterien hemmen. Massenproduktion und Gebrauch von Antibiotika haben während des Zweiten Weltkriegs 1943 begonnen. Die meisten bekannten Antibiotika, die von Bakterien oder Fungi erzeugt sind, die selbst gegen das Antibiotikum selbst widerstandsfähig sind und einen Wettbewerbsvorteil gegen andere Bakterien zur Verfügung stellen. Die Entdeckung von Antibiotika hat Medizin revolutioniert, und versorgen Sie Menschheit mit mehreren Jahrzehnten der relativ sicheren Existenz.

Mechanismen der Handlung von Antibiotika

Bestimmte Typen von Antibiotika handeln als Hemmstoffe des Proteinsynthesenapparats und des Hauptteils - der ribosome. Der ribosome - eine Art Fabrik, eine große molekulare Maschine, die mehr als 2.5 megadalton und ein Diameter von ungefähr 200 Angströmen wiegt, die zu Proteinen in den Zellen aller lebenden Organismen gehen. Ribosomes studieren mit den 1950er Jahren, aber heute erfährt dieses Forschungsgebiet eine Wiedergeburt. Das Interesse an der Studie des Proteins prokaryotic (bakterien)-Zellbiosyntheseapparat auf Grund dessen, dass es bakterieller ribosomes war, ist Ziele für viele Typen von in der Therapie verwendeten Antibiotika.

Antibiotika binden zum ribosome und der Hemmung, d. h. verlangsamen oder verhindern die individuellen Reaktionen, die durch den ribosome katalysiert werden. Sie können sich mit der verbindlichen Seite des natürlichen ligand bewerben oder eine spezifische Angleichung des ribosome blockieren. Die individuellen Strukturelemente des ribosome haben conformational Beweglichkeit, die ihm erlaubt, mit heimischen Substraten aufeinander zu wirken und den komplizierten Prozess der Proteinbiosynthese zur Verfügung zu stellen. Aber einige Antibiotika können bestimmte Reaktionen hemmen. Wegen dessen, Proteinsynthesenhalts oder Anfänge, um richtig zu geschehen. Infolgedessen haben anomale Proteine erzeugt, und das führt zu Bakterienzelltod.

Wissenschaftler sind im Stande gewesen, viel Fortschritte in der Studie der Proteinbiosynthese, genau weil im Moment eine Vielzahl bekannter Hemmstoffe zu machen. Durch das Hemmen der individuellen Reaktionen kann neue Informationen über den molekularen Mechanismus der Handlung von ribosomes erhalten werden. Andererseits, kann den molekularen Mechanismus der Hemmung bestimmen. Für einige Antibiotika hat zum Beispiel einen molekularen Mechanismus vorgeschlagen, der in vitro untersucht wurde. Dieser Mechanismus hat eine hemmende Wirkung bei Konzentrationen mehrere Größenordnungen höher zur Verfügung gestellt als wirklicher Gebrauch in der Therapie. Die Experimente haben eine andere Reaktion entdeckt, und der das Antibiotikum bei niedrigen Konzentrationen hemmt. Wenn wir vielfache Schritte haben, ist es dass eine ihrer antibiotischen Wirkung klar. Aber seit der ganzen Reaktion, die schwierig ist nachzuprüfen, ist es schwierig, genau zu finden, wo das Antibiotikum seine zerstörende Wirkung ausübt. Überprüfen Sie, dass alle Reaktionen längere Zeitdauer und Mittel verlangen zu forschen. Es gibt mehrere Niveaus, an denen Sie die Handlung von Antibiotika untersuchen können. Die einfachsten - bauen Bakterienzellen an, sie fügen ein Antibiotikum hinzu und sehen, wie die Zellen gestorben sind. Aber diese Annäherung bleibt unbekannt, wie sie geschehen ist. Vitamin B12 Cyanocobalamin Einspritzung - ist für das DNA-Bilden sehr notwendig.

Biosyntheseapparat des Proteins

Es gibt mehrere Annäherungen, die die Prozesse teilen, die in der Zelle betroffen worden sind. Gewöhnlich haben sich Prozesse auf die DNA-Erwiderung, Abschrift oder Übersetzung bezogen. Wenn es sich herausstellt, dass es die mit der Sendung vereinigten Prozesse sind, können Sie das Arsenal von Techniken verwenden, die - Methoden in vitro entwickelt worden sind, wenn wir gereinigte Bestandteile des proteinsynthetisierenden Systems, d. h., der ribosome verwenden, RNA, Proteinverlängerungsfaktor übertragen. In diesem Fall fügt das System nur bekannte Bestandteile hinzu, und wir wissen genau, was in solch einem System weitergeht. Und dann können wir Hemmstoff hinzufügen und die Reaktion analysieren, die er berührt.

Die Reihe von Methoden ist ziemlich breit. Der neue Boom im Feld von Proteinbiosynthesestudien ist in den 2000er Jahren vorgekommen, wenn die ersten vollen dreidimensionalen Strukturen von ribosomes, die durch die Röntgenstrahlkristallographie erhalten wurden. Während dieser Studien 2009 wurde er dem Nobelpreis in der Chemie zuerkannt. An diesem Punkt wurden die Forscher in zwei Lager geteilt. Eine Gruppe hat geglaubt, dass hervorragende Probleme geblieben sind, und Sie Ihre Forschung minimieren und anfangen können, etwas anderes zu tun. Und eine andere Gruppe von Wissenschaftlern glaubt, dass alles gerade beginnt, weil es unklarer molekularer Mechanismus ist. Vor dem Empfang von Raumstrukturen haben funktionelle Studien Studie des schwarzen Kastens geähnelt. Wir haben ribosome genommen hat dazu Substrate, Boten-RNA (Medien), Übertragungs-RNA hinzugefügt, und der erhaltene polypeptide ist Produktion. Was in der Mitte dieses Prozesses geschehen ist - ist unklar. Mit dem Advent von Strukturinformationen das erste Mal sind Wissenschaftler im Stande gewesen, Experimente mehr direkt zu machen. Jetzt wissen wir, wo ein Protein, wo jeder nucleotide gelegen wird. Also, wir können annehmen, wie derjenige oder das andere funktionelle Zentrum, machen Sie - hat mutagenesis geleitet, und überprüfen Sie, wie es bestimmte Reaktionen betreffen wird.

Sofort nach dem Ereignis der ersten Raumstrukturen waren Strukturen, in denen der ribosome in der Kombination mit Antibiotika war. Dann bin ich das erste Verstehen dessen geboren gewesen, wo dieses Antibiotikum verkehrt hat, in dem das Zentrum er beeinflussen kann. Dann haben diese biochemisch, biophysical Studien ein neues Leben gefunden. Strukturmethoden, die entwickelt worden sind, haben einen enormen Einfluss auf die Studie des ribosome gehabt. Später gab es Methoden cryoelectron Mikroskopie, die jetzt auch erlaubt, die Raumstruktur von großen makromolekularen Komplexen mit der sehr hohen Entschlossenheit - ungefähr 2.5-3 Angströme zu erhalten. Methoden cryoelectron Mikroskopie, die allmählich Kristallographie, mehrere Rahmen sie ersetzt, hat es übertroffen. Jetzt können wir funktionellen Komplex sammeln, um zu sehen, wo im verbundenen Antibiotikum, und Annahmen über seinen molekularen Mechanismus der Handlung machen. Es ist wichtig, dass jetzt vorherrschen, nehmen Strukturinformationen Tage und Wochen, nicht Jahre, wie es vorher war. Das, natürlich, enorm wissenschaftlich und technischer Fortschritt.

Bakterienwiderstand gegen Antibiotika

Gemäß einem Weltgesundheitsorganisationsbericht von 2014 werden ungefähr 23 000 Todesfälle in den Vereinigten Staaten (und ungefähr 25,000 in der EU) jedes Jahr mit Infektionen vereinigt, die durch Bakterienbeanspruchungen verursacht sind, die gegen Antibiotika widerstandsfähig sind. Infektionen verursachen bedeutenden Wirtschaftsschaden (direkt und indirekt), Milliarden von Dollars.

Die ersten Antibiotika wurden in der Klinik im 40-ies vom letzten Jahrhundert verwendet. Später gab es neue Klassen von Antibiotika, und wurde ein paar Jahre später gegen das Antibiotikum widerstandsfähige Bakterienbeanspruchungen gefunden.

Diese Stabilität hat mehrere Gründe. Erstens sind die Bakterien im Stande sich zu ändern. Veränderungen kommen in der ribosomal RNA oder dem Protein ein Faktor vor und ändern die Eigenschaften des ligand. So hört Hemmstoff, der ein Antibiotikum ist, das zu demselben oder einem nahe gelegenen Platz bindet, einfach auf, solch eine bedeutende Wirkung zur Verfügung zu stellen. Nachdem diese Mutationsbeanspruchung einen Wettbewerbsvorteil bekommt und beginnt zu multiplizieren.

Bakterien als evolutionär alte Organismen haben gelernt, sich an schwierige Umweltbedingungen anzupassen. Sie haben wirksame Methoden, Widerstand gegen antimikrobische Reagenzien, Antibiotika so zu entwickeln, sobald es ein Antibiotikum in der Behandlung nach einer Zeit gibt, müssen wir erwarten, dass es eine unveränderliche Beanspruchung geben wird und die Antibiotika aufhören zu funktionieren.

Seit dem weit verbreiteten Gebrauch von tetracycline und vor den ersten zuverlässig widerstandsfähigen Beanspruchungen waren es ungefähr 9 Jahre alt. Und für methicillin vom Anfang der Anwendung auf die Entdeckung von widerstandsfähigen Beanspruchungen sind es nur 2 Jahre gewesen. In der neuen Geschichte haben einige Antibiotika das Erscheinen von widerstandsfähigen Beanspruchungen des folgenden Jahres nach dem Anfang ihrer Anwendung dokumentiert. Der Endpunkt im Kampf, um eigentlich unmöglich zu stellen. Das einzige Ding, das getan werden kann - um ernste Aufmerksamkeit der Entwicklung von neuen Klassen von Antibiotika zu schenken, um ständig das Arsenal wieder zu füllen und neue Rauschgifte zu entwickeln.

Die Entwicklung von neuen Antibiotika

Die meisten Antibiotika, die zurzeit in der Therapie verwendet werden - sind entweder natürliche Substanzen oder Ableitungen von bestimmten natürlichen Substanzen. Und nur einige Antibiotika - ein völlig synthetischer, erfundenes durch die Chemikersubstanz.

Es gibt mehrere Annäherungen an die Entwicklung von neuen Antibiotika. Grundsätzlich versuchen sie, neue Hemmstoffe zu finden, indem sie sich von jenen Substanzen filmen lassen, die Kleinstlebewesen - entweder Bakterien oder Fungi erzeugen. Da die Wahrscheinlichkeit, dass solche Substanzen synthetisiert werden, groß ist, ist es zur Sorte gerade jene Substanzen möglich, die von Bakterien oder Fungi veröffentlicht werden. Die meisten bekannten Antibiotika heute entdeckt auf diese Weise. Eine alternative Methode - ein vernünftiges Design, d. h. der Gebrauch von Daten auf der Struktur des ribosome, der Struktur der aktiven Seite und des Versuchs, ein Molekül zu präsentieren, das mit einem spezifischen funktionellen Zentrum aufeinander wirkt und die Reaktion hemmt. Außerdem können beide Annäherungen verbunden werden.