Đề tài Công nghệ Protein - Enzyme: Kháng sinh Penicillin

CÔNG NGHỆ PROTEIN- ENZYME KHÁNG SINH PENICILLIN I. Lịch sử hình thành và phát triển Penicillin được phát hiện tình cờ vào năm 1928 do Alexander Fleming, khi nhận thấy một hộp petri nuôi Staphylococcus bị nhiễm nấm mốc Penicillium notatum có xuất hiện hiện tượng vòng vi khuẩn bị tan xung quanh khuẩn lạc nấm. Năm 1938 ở Oxford, khi tìm lại các tài liệu khoa học đã công bố, Ernst Boris Chain quan tâm đến phát minh của Fleming và ông đã đề nghị Howara Walter Florey cho tiếp tục triển khai nghiên cứu này. Ngày 25/05/1940 penicillin đã được thử nghiệm rất thành công trên chuột. Năm 1942, đã tuyển chọn được chủng công nghiệpPenicillium chrysogenumNRRL 1951 (1943) Đối với Việt Nam, năm 1946, giáo sư Đặng Văn Ngữ đã thành công trong việcsản xuất nước lọc penicillin trong môi trường nước ngô góp phần đáng kể vào việc cứu chữa thương bệnh binh  II. Khái niệm và cấu tạo Kháng sinh (antibiotic) bắt nguồn từ tiếng Hy lạp có nghĩa là chống lại sự sống Kháng sinh hay còn gọi là trụ sinh là những chất có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn một cách đặc hiệu 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 Vì bộ phận sinh sản của loài mốc đó có hình dạng giống cái bút lông nên được đặt tên là penicillim (tiếng La Tinh penicillium nghĩa là bút lông) Penicillin là một trong một nhóm kháng sinh thu được từ nấm Penicillium hay được điều chế.  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 Tính chất chung Tính acid: khi thay thế -H của nhóm carboxyl bằng kim loại kiềm thì được các penicillin dễ tan trong nước và tạo muối ít tan với các amin Tính không bền: vòng β-lactam không bền, dễ phân hủy khi gặp ẩm và tạo môi trường kiềm, acid. II.2. cấu tạo Cấu trúc Để đơn giản người ta xem penicillin như là những amid của acid 6-amino penicillanic (6-APA) Cơ chế tác động của kháng sinh lên vi khuẩn Cơ chế tác động ức chế tổng hợp thành tế bào vi khuẩn do β-lactamin gắn vào PBP (penicillin biding protein) có hoạt tính enzyme hiện diện trên màng vi khuẩn và ức chế chức năng của enzyme này trong tổng hợp peptidoglcan. Thành phần hóa học chủ yếu ở thành tế bào vi khuẩn Protein Peptidoglucan Techoic acid (vi khuẩn gram (-) không có acid này). Chức năng của thành tế bào Duy trì độ cứng, hình dạng, áp suất thẩm thấu của tế bào. Bảo vệ tế bào bằng cách ngăn cản sự xâm nhập các chất có hại và hình thành các độc tố, ngăn cản sự thất thoát các enzyme Tham gia vào quá trình phân chia, quá trình chuyển động tiên mao Tham gia vào vận chuyển một số chất tới màng tế bào, quá trình nhuộm Gram Do tác động lên quá trình tổng hợp vách nên làm cho vi khuẩn dễ bị phá vỡ Cơ chế Giai đoạn 1: - Thuốc gắn vào thụ thể PBPs → phong bế transpeptidase → ngăn tổng hợp peptidoglycan - Có 3-6 thụ thể - Những thụ thể khác nhau có ái lực khác nhau đối với một loại thuốc  tác dụng của thuốc khác nhau Giai đoạn 2: Hoạt hóa các enzyme tự tiêu → ly giải tế bào ở môi trường đẳng trương Cơ chế khi sự tổng hợp, vách tế bào bị ức chế ◦ VK Gr(+) biến thành dạng hình cầu không có vách (proto-plast) ◦ VK Gr(-) có vách không hoàn chỉnh (spheroplast) → Tế bào dễ bị vỡ ở môi trường có trương lực bình thường Cơ chế kháng của vi khuẩn Tổng hợp men β-lactamin làm enzyme mất tác dụng Giảm tính thấm của thành vi khuẩn Thay đổi cấu trúc hóa học của PBP (penicillin biding protein) → làm giảm ái lực của điểm đích đối với kháng sinh II.3. các dòng penicillin Penicillin G và penicillin V : là 2 loại được tổng hợp lần đầu tiên. Aminopenicillin : là penicillin bán tổng hợp gồm có ampicillin, amoxillin... Các penicillin kháng enzyme penicillinase : như oxacillin, methicillin, chloxacillin... Penicilin chuyên dùng để điều trị vi khuẩn nhóm seudomonas : như piperacillin, cacbercillin, ticarcillin... Nhóm β lactam: có hiệu quả chống lại các chủng vi khuẩn gram dương của Streptococcus, tụ cầu, và một số vi khuẩn gram âm như meningococcus Cấu trúc: penicillin được coi là amid của acid 6-amino penicillanic (6-APA) Cơ chế: Ức chế sự tổng hợp thành tế bào vk do β-lactam gắn vào PBP(penicillin biding protein) có hoạt tính enzim hiện diện trên màng vk và ức chế chức năng của enzim này trong sự tổng hợp peptidoglycan Do vách tế bào động vật đa bào có cấu trúc khác vách vi khuẩn nên không chịu ảnh hưởng của vòng β lactam Cấu trúc của penicillin G Các tác nhân gây bệnh có thể được điều trị bằng cách sử dụng hoặc penicillin G (Benzyl penicillin), hoặc penicillin V (penoxymethyl penicillin). Nhiễm khuẩn huyết, empyema, viêm phổi, viêm màng ngoài tim, viêm nội tâm mạc, viêm màng não, Ngộ độc, khí hoại thư, và uốn ván ,bạch hầu ,...Staphylococci gây đau họng, nhiễm trùng da Streptococcus gây đau họng, nhiễm trùng da S. Pneumoniae vi khuẩn viêm phổi Bacillus anthracis gây bệnh than Neisseria gonorrhoeae gây bệnh lậu Treponema pallidium gây giang mai Ampicillin và amoxicillin Ampicillin và amoxicillin Ampicillin và amoxicillin có thể xâm nhập và ngǎn ngừa sự phát triển của vi khuẩn gram âm. Ampicillin dùng để điều trị các nhiễm trùng ở tai giữa, xoang, bàng quang, thận và lậu không biến chứng. Dùng tiêm tĩnh mạch để điều trị viêm màng não và các nhiễm trùng nặng khác. Những vi khuẩn mà ampicillin thường có hiệu quả là Vi khuẩn ruột, Listeria monocytogenes, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, một số Hemophilus influenzae, Gardnerella vaginalis, Bordetella pertussis, và một số E. coli, Proteus mirabilis, Samonella và Shigella. Sự nhạy cảm của vi khuẩn với kháng sinh thay đổi từ vùng này đến vùng khác, có thể dùng ampicillin hoặc amoxicillin trước tiên để điều trị nhiễm trùng Cơ chế kháng kháng sinh  Giảm tính thấm của thành hoặc màng vi khuẩn đối với kháng sinh- Biến đổi điểm tác động của kháng sinh - Biến đổi và vô hoạt kháng sinh bằng enzym của vi khuẩn - Phát triển kiểu biến dưỡng khác không bị kháng sinh ức chế Dưới tác dụng của một liều kháng sinh đặt vi khuẩn vào tình thế chết, đa số vi khuẩn bị tiêu diệt, nhưng cũng có một số ít thoát chết, sẽ tồn tại và phát triển theo nguyên lý chọn lọc tự nhiên của Darwin (1809-1892). Do biến đổi trong cấu trúc của ADN (sự biến đổi này xảy ra ở trong nhiễm sắc thể của vi khuẩn) sẽ làm thay đổi cấu trúc các phân tử protein hoặc enzym mà chúng tổng hợp ra. Nếu các phân tử này là đích tác dụng của một kháng sinh nào đó thì làm cho kháng sinh này không còn tác dụng nữa vì bị mất đích tác dụng. Sự đề kháng này là vững bền và vi khuẩn có thể truyền lại cho các thế hệ sau. Plasmid - "vũ khí" đặc biệt của vi khuẩn: là những phân tử ADN rất nhỏ (chứa ít gen), có hình vòng Sự sản sinh các enzym chống lại thuốc kháng sinh do các plasmid này phụ trách.