Гентамицин — антибиотик , используемый для лечения нескольких типов бактериальных инфекций . [4] Это может включать, среди прочего , инфекции костей , эндокардит , воспалительные заболевания органов малого таза , менингит , пневмонию , инфекции мочевыводящих путей и сепсис . [4] Он не эффективен при инфекциях гонореи и хламидиоза . [4] Его можно вводить внутривенно , внутримышечно или местно . [4] Составы для местного применения можно использовать при ожогах или инфекциях внешней части глаза. [5] Его часто используют только в течение двух дней, пока бактериальные культуры не определят, к каким конкретным антибиотикам чувствительна инфекция. [6] Требуемую дозу следует контролировать с помощью анализа крови. [4]
Гентамицин может вызвать проблемы с внутренним ухом и почками . [4] Проблемы внутреннего уха могут включать проблемы с равновесием и потерю слуха . [4] Эти проблемы могут быть постоянными. [4] Использование во время беременности может нанести вред развивающемуся плоду. [4] Тем не менее, он безопасен для использования во время грудного вскармливания . [7] Гентамицин представляет собой разновидность аминогликозида . [4] Он действует, нарушая способность бактерий вырабатывать белки, что обычно убивает бактерии . [4]
Гентамицин естественным образом вырабатывается бактерией Micromonospora purpurea , [8] [4] был запатентован в 1962 году, одобрен для медицинского использования в 1964 году. [9] Антибиотик собирают из культуры Micromonospora путем перфорации клеточной стенки бактерии. В настоящее время проводятся исследования, чтобы понять биосинтез этого антибиотика в попытке увеличить экспрессию и усилить секрецию гентамицина для достижения более высокого титра . Гентамицин включен в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения . [10] Всемирная организация здравоохранения классифицирует гентамицин как критически важный для медицины человека. [11] Он доступен в виде непатентованного лекарства . [12]
Гентамицин активен в отношении широкого спектра бактериальных инфекций, в основном грамотрицательных бактерий, включая Pseudomonas , Proteus , Escherichia coli , Klebsiella pneumoniae , Enterobacter aerogenes , Serratia и грамположительных стафилококков . [13] Гентамицин используется при лечении инфекций дыхательных путей, инфекций мочевыводящих путей, инфекций крови, костей и мягких тканей, вызванных этими чувствительными бактериями. [14]
Недостаточно доказательств в пользу применения гентамицина в качестве средства первой линии лечения инфекции, вызванной Neisseria gonorrhoeae . [15] Гентамицин не используется при бактериальных инфекциях Neisseria meningitidis или Legionella pneumophila (из-за риска развития у человека шока из-за эндотоксина липида А , обнаруженного в некоторых грамотрицательных организмах). Гентамицин также эффективен против Yersinia pestis (вызывающей чуму ), ее родственников и Francisco tularensis (организма, ответственного за туляремию , часто встречающуюся у охотников и звероловов). [16]
Некоторые Enterobacteriaceae , Pseudomonas spp. , Enterococcus spp. , Staphylococcus aureus и другие виды Staphylococcus. имеют различную степень устойчивости к гентамицину. [17]
Гентамицин не рекомендуется применять во время беременности, за исключением случаев, когда польза от его применения превышает риск для матери. Гентамицин может проникать через плаценту , и было зарегистрировано несколько сообщений о необратимой двусторонней врожденной глухоте у детей. Внутримышечное введение гентамицина матерям может вызвать мышечную слабость у новорожденного . [14]
Безопасность и эффективность гентамицина у кормящих матерей не установлена. Обнаруживаемые уровни гентамицина обнаруживаются в грудном молоке человека и у грудных детей. [14]
У пожилых людей перед началом терапии, а также во время лечения следует оценивать функцию почек из-за снижения скорости клубочковой фильтрации. У этой группы населения уровни гентамицина в организме могут оставаться повышенными в течение более длительного периода времени. Гентамицин следует применять с осторожностью у лиц с почечной , слуховой , вестибулярной или нервно-мышечной дисфункцией. [13]
Гентамицин может не подходить для применения у детей, включая младенцев. Исследования показали более высокие уровни в сыворотке и более длительный период полувыведения в этой группе населения. [18] Во время терапии следует периодически проверять функцию почек . Долгосрочные последствия лечения могут включать потерю слуха и проблемы с равновесием. При инъекционном применении сообщалось о гипокальциемии , гипокалиемии и мышечной слабости . [13]
Гентамицин не следует использовать, если у человека в анамнезе наблюдалась гиперчувствительность , такая как анафилаксия , или другая серьезная токсическая реакция на гентамицин или любые другие аминогликозиды . [14] Повышенная осторожность требуется людям с миастенией и другими нервно-мышечными расстройствами, поскольку существует риск ухудшения слабости. [4] Гентамицина также следует избегать при назначении эмпирических антибиотиков в случае возможного детского ботулизма (ампициллин с гентамицином обычно используется в качестве эмпирической терапии у младенцев), также из-за ухудшения нервно-мышечной функции. [19]
Побочные эффекты гентамицина могут варьироваться от менее серьезных реакций, таких как тошнота и рвота, до более серьезных реакций, включая: [13]
Считается, что нефротоксичность и ототоксичность связаны с дозой: более высокие дозы вызывают большую вероятность токсичности. [13] Эти две токсичности могут проявляться с задержкой, иногда не проявляясь до завершения лечения. [13]
Поражение почек является проблемой у 10–25% людей, получающих аминогликозиды, а гентамицин — один из наиболее нефротоксичных препаратов этого класса. [20] Часто острая нефротоксичность обратима, но может привести к летальному исходу. [13] На риск нефротоксичности могут влиять доза, частота, продолжительность терапии и одновременное применение некоторых лекарств, таких как НПВП , диуретики , цисплатин , циклоспорин , цефалоспорины , амфотерицин , йодидные контрастные средства и ванкомицин . [20]
Факторы, повышающие риск нефротоксичности, включают: [20]
Дисфункция почек контролируется путем измерения креатинина в крови, уровня электролитов, диуреза , присутствия белка в моче и концентрации других химических веществ, таких как мочевина, в крови. [20]
Около 11% населения, получающего аминогликозиды, испытывают повреждение внутреннего уха . [21] Общие симптомы повреждения внутреннего уха включают шум в ушах, потерю слуха, головокружение , проблемы с координацией и головокружение. [22] Хроническое применение гентамицина может повлиять на две области ушей. Во-первых, повреждение волосковых клеток внутреннего уха может привести к необратимой потере слуха. Во-вторых, повреждение вестибулярного аппарата внутреннего уха может привести к проблемам с равновесием. [22] Чтобы снизить риск ототоксичности во время лечения, рекомендуется избегать употребления жидкости. [13]
Факторы, повышающие риск повреждения внутреннего уха, включают: [13] [14]
Гентамицин — бактерицидный антибиотик, который действует путем связывания 30S-субъединицы бактериальной рибосомы, отрицательно влияя на синтез белка . Обычно считается, что основной механизм действия заключается в устранении способности рибосомы различать правильные взаимодействия транспортной РНК и информационной РНК . [23] Обычно, если неправильная пара тРНК с кодоном мРНК в аминоациловом сайте рибосомы, аденозины 1492 и 1493 исключаются из взаимодействия и втягиваются, сигнализируя рибосоме отвергнуть аминоацилированную тРНК :: Термонестабильный комплекс фактора элонгации . [24] Однако, когда гентамицин связывается со спиралью 44 16S рРНК , он заставляет аденозины сохранять положение, которое они занимают, когда существует правильное или родственное совпадение между аа-тРНК и мРНК. [25] Это приводит к принятию неправильных аа-тРНК, заставляя рибосому синтезировать белки с неправильными аминокислотами , расположенными повсюду (примерно каждая 1 из 500). [26] Нефункциональные, неправильно транслированные белки неправильно сворачиваются и агрегируются, что в конечном итоге приводит к гибели бактерии. Вторичный механизм был предложен на основе кристаллических структур гентамицина во вторичном сайте связывания на спирали 69 23S рРНК , который взаимодействует со спиралью 44 и белками, распознающими стоп-кодоны . Считается, что в этом вторичном сайте гентамицин предотвращает взаимодействие рибосомы с факторами рециркуляции рибосомы, в результате чего две субъединицы рибосомы остаются в комплексе даже после завершения трансляции. Это создает пул неактивных рибосом, которые больше не могут повторно инициировать и транслировать новые белки. [27]
Поскольку гентамицин получен из вида Micromonospora , основой этого антибиотика является аминоциклитол-2-дезоксистрептамин. [28] [29] Это шестиуглеродное кольцо замещено в положениях углерода 4 и 6 молекулами аминосахаров циклическим пурпурозамином и гарозамином соответственно. [30] [28] Комплекс гентамицина дифференцируется на пять основных компонентов (C 1 , C 1a , C 2 , C 2a , C 2b ) и множество второстепенных компонентов путем замещения у 6'-углерода звена пурпурозамина, указанного в изображение справа по R 1 и R 2 . [30] [28] [31] [32] R 1 и R 2 могут иметь следующие замены для некоторых видов гентамицинового комплекса. [30] [33] [29]
Гентамицин состоит из ряда родственных компонентов и фракций гентамицина, которые обладают различной степенью противомикробной активности. [34] Основные компоненты гентамицина включают члены комплекса гентамицина C: гентамицин C 1 , гентамицин C 1a и гентамицин C 2 , которые составляют примерно 80% гентамицина и, как было обнаружено, обладают самой высокой антибактериальной активностью. Гентамицин A, B, X и некоторые другие составляют оставшиеся 20% гентамицина и обладают более низкой антибиотической активностью, чем комплекс гентамицина C. [32] Точный состав данного образца или партии гентамицина четко не определен, а уровень компонентов гентамицина С или других компонентов в гентамицине может отличаться от партии к партии в зависимости от производителя гентамицина или производственного процесса. Из-за этой вариабельности от партии к партии может быть сложно изучить различные свойства гентамицина, включая фармакокинетику и чувствительность микроорганизмов, если существует неизвестная комбинация химически родственных, но разных соединений. [35]
Полный биосинтез гентамицина до конца не выяснен. Гены, контролирующие биосинтез гентамицина, представляют особый интерес в связи со сложностью получения антибиотика после производства. [32] [31] [33] [36] [37] Поскольку гентамицин собирается на поверхности клетки, то для получения антибиотика поверхность клетки необходимо каким-то образом перфорировать. [32] [31] [33] [36] [37] Многие предполагают, что количество гентамицина, собираемого после производства, может увеличиться, если гены будут идентифицированы и перенаправлены на секрецию антибиотика вместо сбора гентамицина на поверхности клеток. [32] [31] [ 33] [36] [37] Литература также согласуется с путем биосинтеза гентамицина, который начинается с дефосфорилирования D- глюкозо -6-фосфата , трансаминирования , дегидрирования и, наконец, гликозилирования с помощью D- глюкозамина с образованием парамина внутри Micromonospora. эхиноспора . [30] Добавление D- ксилозы приводит к образованию первого промежуточного соединения комплекса гентамицина С, гентамицина А2. [30] [38] Гентамицин А2 C-метилируется и эпимеризуется в гентамицин X 2 , первую точку ветвления этого пути биосинтеза [38]
Когда на Х 2 действует кобаламин -зависимый радикал S-аденозил-L-метионин фермент GenK, положение углерода 6' метилируется с образованием фармакологически активного промежуточного продукта G418 [39] [38] [30] [40] G418, затем подвергается дегидрированию и аминированию в положении C6' геном дегидрогеназы GenQ с образованием фармакологически активного JI-20B, хотя предполагается, что другой промежуточный продукт, 6'-дегидро-6'оксо-G418 (6'DOG) между этим этапом и для которого ген GenB1 предлагается в качестве аминирующего гена. [30] [41] JI-20B дегидроксилируется и эпимеризуется до первого компонента комплекса гентамицина C, гентамицина C2a, который затем подвергается эпимеризации GenB2, а затем N-метилированию неподтвержденным геном с образованием конечного продукта в этой точке ветвления. , гентамицин С1. [38] [41] [30] [42]
Когда X 2 обходит GenK и непосредственно дегидрируется и аминируется ферментом GenQ, образуется другой фармакологически значимый промежуточный продукт JI-20A. [30] [41] Хотя на этом этапе был идентифицирован промежуточный продукт, 6'-дегидро-6'-оксогентамицин X2 (6'-DOX), для которого фермент GenB1 используется в качестве аминирующего фермента . [41] JI-20A затем дегидроксилируется до первого компонента комплекса гентамицина C этой ветви, гентамицина C1a, посредством каталитической реакции с GenB4. [42] Затем C1a подвергается N-метилированию неподтвержденным ферментом с образованием конечного компонента, гентамицина C2b. [41] [38] [30] [42]
Гентамицин синтезируется только посредством глубинной ферментации , и было обнаружено, что неорганические источники питательных веществ снижают его производство. [30] При традиционной ферментации использовался дрожжевой говяжий бульон, [31] но были проведены исследования по оптимизации питательной среды для производства комплекса гентамицина C, поскольку комплекс C в настоящее время является единственным фармацевтически значимым компонентом. [30] Основными компонентами питательной среды являются источники углерода, в основном сахара, но несколько исследований показали увеличение производства гентамицина при добавлении растительного и рыбьего жира и снижение производства гентамицина при добавлении глюкозы , ксилозы и некоторых карбоновых кислот . [30] Триптон и различные формы дрожжей и их производных традиционно используются в качестве источника азота в питательной среде, но некоторые аминокислоты , соевый шрот , кукурузный экстракт , сульфат аммония и хлорид аммония оказались полезными добавками. [30] [33] Ионы фосфата , ионы металлов ( кобальта и некоторых других в низкой концентрации), различные витамины (в основном витамины группы В ), пуриновые и пиримидиновые основания также добавляются в питательную среду для увеличения выработки гентамицина, но предел Увеличение зависит от вида Micromonospora и других компонентов питательной среды. [30] [36] Со всеми этими вышеупомянутыми добавками pH и аэрация являются ключевыми факторами, определяющими количество вырабатываемого гентамицина. [30] [33] Для биосинтеза гентамицина используется диапазон pH от 6,8 до 7,5, а аэрация определяется независимыми экспериментами в зависимости от типа питательной среды и вида Micromonospora . [30] [33]
Гентамицин получают путем ферментации Micromonospora purpurea . Он был открыт в 1963 году Вайнштейном, Вагманом и др. в корпорации Schering в Блумфилде, штат Нью-Джерси, во время работы с исходным материалом (образцами почвы), предоставленными Рико Войчесжесом. [8] Когда M. purpurea растет в культуре, она приобретает ярко-фиолетовый цвет, похожий на цвет красителя горечавки фиолетовой , и именно поэтому Гентамицин получил такое название. Впоследствии он был очищен, и структуры трех его компонентов были определены Купером и др., также из корпорации Schering. Первоначально он использовался в качестве местного средства для лечения ожогов в ожоговых отделениях в Атланте и Сан-Антонио, а в 1971 году его начали применять внутривенно. Он остается основным средством лечения сепсиса . [ нужна цитата ]
Синтезируется Micromonospora — родом грамположительных бактерий, широко распространенных в окружающей среде (воде и почве). По данным Комитета Американской медицинской ассоциации по общим названиям, антибиотики, не производимые Streptomyces , не должны использовать букву y в конце названия, а для подчеркивания их конкретного биологического происхождения гентамицин и другие родственные антибиотики, производимые этим родом ( вердамицин , мутамицин, сисомицин) . , нетилмицин и ретимицин) имеют написание, оканчивающееся на ~мицин , а не на ~мицин . [43]
Гентамицин также используется в исследованиях в области молекулярной биологии в качестве антибактериального агента в тканевых и клеточных культурах для предотвращения загрязнения стерильных культур. Гентамицин — один из немногих термостабильных антибиотиков, которые остаются активными даже после автоклавирования , что делает его особенно полезным при приготовлении некоторых микробиологических питательных сред. [ нужна цитата ]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )