Mecanismos de acción de antibióticos

El biólogo Dr. Doping cuenta sobre el mecanismo de acción de ribosomes, la proteína biosynthetic aparato y resistente las tensiones de las bacterias a antibióticos.

Los antibióticos son una pequeña molécula origen natural, semisintético o sintético, que inhiben el crecimiento de bacterias. La fabricación en serie y el uso de antibióticos comenzaron durante la Segunda Guerra Mundial, en 1943. La mayor parte de los antibióticos conocidos producidos por bacterias u hongos, que ellos mismos son resistentes al propio antibiótico y proporcionan una ventaja competitiva contra otras bacterias. El descubrimiento de antibióticos revolucionó la medicina y provea la humanidad de varias décadas de la existencia relativamente segura.

Mecanismos de acción de antibióticos

Ciertos tipos de antibióticos sirven de inhibidores del aparato de la síntesis de proteínas y la parte central - el ribosome. El ribosome - una especie de fábrica, una máquina molecular grande que pesa más de 2.5 megadalton y un diámetro de aproximadamente 200 angstromes, que van a proteínas en las células de todos los organismos vivos. Ribosomes estudian con los años 1950, pero hoy, este campo de la investigación experimenta un renacimiento. El interés al estudio de proteína prokaryotic aparato de la biosíntesis de células (bacteriano) debido a que era ribosomes bacteriano es objetivos para muchos tipos de antibióticos usados en la terapia.

Los antibióticos ligan al ribosome e inhibición, es decir reducen la marcha o previenen las reacciones individuales que son catalizadas por el ribosome. Pueden competir con el sitio de unión de ligand natural o bloquear una conformación específica del ribosome. Los elementos estructurales individuales del ribosome tienen la movilidad estructural que permite que él se relacione con substrates natal y proporcione el proceso complejo de la biosíntesis de la proteína. Pero algunos antibióticos pueden inhibir ciertas reacciones. Debido a esto, paradas de la síntesis de proteínas o ventajas para pasar correctamente. Las proteínas como consiguiente, anormales produjeron, y esto lleva a la muerte celular bacteriana.

Los científicos eran capaces de hacer mucho progreso en el estudio de la biosíntesis de la proteína, exactamente porque en este momento un gran número de inhibidores conocidos. Inhibiendo las reacciones individuales se puede obtener nueva información sobre el mecanismo molecular de la acción de ribosomes. Por otra parte, puede determinar el mecanismo molecular de la inhibición. Para algunos antibióticos, por ejemplo, propuso un mecanismo molecular que se investigó en vitro. Este mecanismo ha proporcionado un efecto inhibitorio en concentraciones varios ordenes de magnitud más alto que el uso actual en la terapia. Los experimentos han descubierto otra reacción, y que inhibe el antibiótico en concentraciones bajas. Si tenemos pasos múltiples, está claro que uno de su efecto antibiótico. Pero desde toda la reacción difícil de verificar, es difícil encontrar exactamente donde el antibiótico ejerce su efecto destructivo. Compruebe que todas las reacciones requieren bastante tiempo y recursos de investigar. Hay varios niveles a los cuales puede investigar la acción de antibióticos. Los más simples - cultivan células bacterianas, añaden un antibiótico y ven cómo las células murieron. Pero este enfoque permanece desconocido cómo pasó. La vitamina B12 inyección de Cyanocobalamin - es muy esencial para la fabricación del ADN.

Aparato de la biosíntesis de Proteína

Hay varios enfoques que dividen los procesos que se han afectado en la célula. Típicamente, los procesos estuvieron relacionados con réplica del ADN, transcripción o traducción. Si resulta que son los procesos asociados con la emisión, puede usar el arsenal de técnicas que se han desarrollado - métodos en vitro, cuando usamos componentes purificados del sistema que sintetiza la proteína, es decir, el ribosome, transferimos el ARN, factor de elongación de la proteína. En este caso, el sistema añade componentes sólo conocidos, y sabemos exactamente lo que continúa en tal sistema. Y luego podemos añadir el inhibidor y analizar la reacción que toca.

La variedad de métodos es completamente amplia. El retumbo reciente en el campo de estudios de la biosíntesis de la proteína ocurrió en los años 2000, cuando las primeras estructuras tridimensionales llenas de ribosomes, que fueron obtenidos por la cristalografía del rayo X. Durante estos estudios en 2009 le concedieron el Premio Nobel en la Química. A este punto, los investigadores se dividieron en dos campos. Un grupo creyó que las cuestiones excepcionales permanecieron, y puede minimizar su investigación y comenzar a hacer algo más. Y otro grupo de científicos cree que todo comienza sólo, porque es el mecanismo molecular confuso. Antes de recibir estructuras espaciales los estudios funcionales se parecieron al estudio de la caja negra. Tomamos ribosome añadido además substrates, ARN del mensajero (medios), ARN de transferencia, y el polipéptido obtenido es la salida. Lo que pasó en medio de este proceso - es confuso. Con el advenimiento de la información estructural la primera vez los científicos eran capaces de hacer experimentos más directamente. Ahora sabemos donde una proteína se localiza, donde cualquier nucleotide. De este modo, podemos asumir cómo el que o el otro centro funcional, haga - dirigió mutagenesis y compruebe cómo afectará ciertas reacciones.

Inmediatamente después del acontecimiento de las primeras estructuras espaciales eran estructuras en las cuales el ribosome estaba en la combinación con antibióticos. Entonces nací el primer entendimiento de donde este antibiótico se asoció, en que el centro, puede influir. Entonces estos estudios bioquímicos, biofísicos han encontrado una nueva vida. Los métodos estructurales que se han desarrollado han tenido un impacto enorme al estudio del ribosome. Más tarde, había métodos cryoelectron la microscopia, que ahora también permite obtener la estructura espacial de complejos macromoleculares grandes con la muy alta resolución - aproximadamente 2.5-3 angstromes. Métodos cryoelectron microscopia que gradualmente sustituye la cristalografía, varios parámetros ellos ha superado. Ahora podemos reunir el complejo funcional, para ver donde en el antibiótico asociado, y hacen asunciones sobre su mecanismo molecular de la acción. Es importante que ahora obtengan la información estructural toma días y semanas, no años, como era antes. Esto, por supuesto, progreso científico y tecnológico enorme.

Resistencia bacteriana a antibióticos

Según un informe de la Organización Mundial de la Salud de 2014, aproximadamente 23 000 muertes en los Estados Unidos (y aproximadamente 25,000 en la UE) cada año tienen que ver con infecciones causadas por tensiones bacterianas que son resistentes a antibióticos. Las infecciones causan el daño económico significativo (directo e indirecto), mil millones de dólares.

Los primeros antibióticos se usaron en la clínica en el 40-ies del siglo pasado. Más tarde, había nuevas clases de antibióticos, y unos años más tarde se encontraron tensiones bacterianas resistentes al antibiótico.

Esta estabilidad tiene varios motivos. En primer lugar, las bacterias son capaces de transformarse. Las mutaciones ocurren en el ARN ribosomal o proteína algún factor y cambian las propiedades del ligand. Así el inhibidor que es un antibiótico que liga a lo mismo o un lugar cercano, simplemente deja de proporcionar un efecto tan significativo. Después de que esta tensión del mutante consigue una ventaja competitiva y comienza a multiplicarse.

Las bacterias como organismos evolutivamente antiguos han aprendido a adaptarse a condiciones ambientales difíciles. Tienen métodos eficaces de desarrollar la resistencia a reactivos antimicrobianos, antibióticos, por tanto tan pronto como hay un antibiótico en el tratamiento, después de algún tiempo, debemos esperar que habrá una tensión estable y los antibióticos dejan de funcionar.

Desde el uso generalizado de tetracycline y antes del primer de fuentes fidedignas resistente tensiones tenían aproximadamente 9 años. Y para methicillin desde el principio de la aplicación al descubrimiento de resistente tensiones han sido sólo 2 años. En la historia moderna, algunos antibióticos documentaron la aparición del resistente tensiones del año siguiente después del principio de su aplicación. El punto final en la lucha para poner prácticamente imposible. La única cosa que se puede hacer - para prestar la atención seria al desarrollo de nuevas clases de antibióticos para rellenar constantemente el arsenal y desarrollar nuevas medicinas.

El desarrollo de nuevos antibióticos

La mayor parte de antibióticos que se usan actualmente en la terapia - son sustancias naturales o derivados de ciertas sustancias naturales. Y sólo unos antibióticos - un totalmente sintético, inventado por sustancia de químicos.

Hay varios enfoques al desarrollo de nuevos antibióticos. Básicamente tratan de encontrar nuevos inhibidores protegiendo de aquellas sustancias que los microorganismos producen - bacterias u hongos. Ya que la probabilidad que tales sustancias se sintetizan es grande, es posible a la clase sólo aquellas sustancias que son soltadas por bacterias u hongos. La mayor parte de los antibióticos conocidos hoy descubiertos de esta manera. Un método alternativo - un diseño racional, es decir el uso de datos de la estructura del ribosome, la estructura del sitio activo y tentativa de subir con una molécula que se relaciona con un centro funcional específico e inhibe la reacción. Además, ambos enfoques se pueden combinar.