Тетрациклины представляют собой группу соединений антибиотиков широкого спектра действия , которые имеют общую основную структуру и либо выделены непосредственно из нескольких видов бактерий Streptomyces , либо получены полусинтетически из этих выделенных соединений. [1] Молекулы тетрациклина состоят из линейного конденсированного тетрациклического ядра (кольца, обозначенные A, B, C и D), к которому присоединено множество функциональных групп . [2] Тетрациклины названы в честь их четырех («тетра-») углеводородных колец («-цикл-») («-ин»). Они определяются как подкласс поликетидов , имеющих октагидротетрацен-2-карбоксамидный скелет, и известны как производные полициклического нафтаценкарбоксамида. [3] Хотя все тетрациклины имеют общую структуру, они отличаются друг от друга наличием хлор- , метильных и гидроксильных групп. Эти модификации не меняют их широкую антибактериальную активность, но влияют на фармакологические свойства , такие как период полувыведения и связывание с белками сыворотки . [1]
Тетрациклины были открыты в 1940-х годах и проявили активность против широкого спектра микроорганизмов , включая грамположительные и грамотрицательные бактерии , хламидиоты , микоплазматоты , риккетсии и простейших паразитов . [2] Тетрациклин сам по себе был открыт позже, чем хлортетрациклин и окситетрациклин , но до сих пор считается исходным соединением для номенклатурных целей. [4] Тетрациклины относятся к самым дешевым классам доступных антибиотиков и широко используются для профилактики и лечения инфекций человека и животных, а также в субтерапевтических дозах в кормах для животных в качестве стимуляторов роста. [2]
Тетрациклины являются ингибиторами роста ( бактериостатическими ), а не убийцами инфекционного агента ( бактерицидными ) и эффективны только против размножающихся микроорганизмов. [1] Они имеют короткое действие и пассивно диффундируют через пориновые каналы в бактериальной мембране. Они ингибируют синтез белка , обратимо связываясь с бактериальной 30S-субъединицей рибосомы и предотвращая связывание аминоацил-тРНК с А-сайтом рибосомы. Они также в некоторой степени связывают бактериальную 50S рибосомальную субъединицу и могут изменять цитоплазматическую мембрану, вызывая утечку внутриклеточных компонентов из бактериальных клеток.
Все тетрациклины имеют одинаковый антибактериальный спектр, хотя существуют различия в чувствительности видов к типам тетрациклинов. Тетрациклины ингибируют синтез белка как в бактериальных, так и в человеческих клетках. У бактерий есть система, которая позволяет транспортировать тетрациклины в клетку, тогда как клетки человека этого не делают. Таким образом, человеческие клетки избавлены от воздействия тетрациклина на синтез белка. [1]
Тетрациклины сохраняют важную роль в медицине , хотя их полезность снизилась с появлением устойчивости к антибиотикам . [2] Тетрациклины остаются методом выбора при некоторых специфических показаниях. [2] Поскольку не весь тетрациклин, принимаемый перорально, всасывается из желудочно-кишечного тракта , бактериальная популяция кишечника может стать устойчивой к тетрациклинам, что приводит к чрезмерному росту резистентных микроорганизмов. Считается, что широкое использование тетрациклинов способствовало увеличению числа микроорганизмов, устойчивых к тетрациклину, что, в свою очередь, сделало некоторые инфекции более устойчивыми к лечению. [1] Устойчивость к тетрациклину часто возникает из-за приобретения новых генов, которые кодируют энергозависимый отток тетрациклинов или белка, который защищает бактериальные рибосомы от действия тетрациклинов. Кроме того, ограниченное число бактерий приобретает устойчивость к тетрациклинам путем мутаций. [2] [5]
Тетрациклины обычно применяют при лечении инфекций мочевыводящих путей, дыхательных путей и кишечника, а также при лечении хламидиоза , особенно у пациентов с аллергией на β-лактамы и макролиды ; однако их использование по этим показаниям менее популярно, чем раньше, из-за широкого развития резистентности у возбудителей. [6] [7] Тетрациклины широко используются при лечении акне средней степени тяжести и розацеа ( тетрациклин , окситетрациклин , доксициклин или миноциклин ). [8] Анаэробные бактерии не так чувствительны к тетрациклинам, как аэробные бактерии. [9] Доксициклин также используется в качестве профилактического лечения инфекции, вызванной Bacillus anthracis ( сибирской язвой ), и эффективен против Yersinia pestis , возбудителя бубонной чумы . Его также используют для лечения и профилактики малярии , а также для лечения филяриатоза слоновости . [10] Тетрациклины остаются препаратами выбора при инфекциях, вызванных хламидиями ( трахома , орнитоз , сальпингит , уретрит и инфекция L. venereum ), риккетсиями ( сыпной тиф , пятнистая лихорадка Скалистых гор ), бруцеллезом и спирохетальными инфекциями ( болезнь Лайма / боррелиоз и сифилис ). ). [2] Они также используются в ветеринарии . [2] Они могут сыграть роль в сокращении продолжительности и тяжести заболевания холерой , хотя устойчивость к лекарствам растет [11] и их влияние на общую смертность подвергается сомнению. [12]
Побочные эффекты тетрациклинов встречаются нечасто, но особого внимания заслуживает фототоксичность . Это увеличивает риск солнечных ожогов под воздействием света солнца или других источников. Это может иметь особое значение для тех, кто собирается принимать в отпуске доксициклин на длительный срок в качестве профилактики малярии. Они могут вызывать расстройства желудка или кишечника и, в редких случаях, аллергические реакции. Очень редко сильная головная боль и проблемы со зрением могут быть признаками опасной вторичной внутричерепной гипертензии , также известной как идиопатическая внутричерепная гипертензия . Тетрациклины являются тератогенами из-за вероятности вызвать изменение цвета зубов у плода по мере их развития в младенчестве. По этой же причине тетрациклины противопоказаны к применению детям до 8 лет. У некоторых взрослых после использования также наблюдается изменение цвета зубов (легкий серый оттенок). Однако их безопасно использовать в первые 18 недель беременности. [13] [14] Некоторым пациентам, принимающим тетрациклины, требуется медицинское наблюдение, поскольку они могут вызвать стеатоз и токсичность для печени . [15] [16] [17]
Тетрациклины следует применять с осторожностью лицам с нарушениями функции печени. Кроме того, поскольку молекулы растворимы в воде, это может усугубить почечную недостаточность (это не относится к жирорастворимым препаратам доксициклину и миноциклину ). Они могут усилить мышечную слабость при миастении и усугубить системную красную волчанку . Антациды, содержащие алюминий и кальций, снижают всасывание всех тетрациклинов, а молочные продукты значительно снижают всасывание всех тетрациклинов, кроме миноциклина . Продукты распада тетрациклинов токсичны и могут вызвать синдром Фанкони — потенциально смертельное заболевание, влияющее на функцию проксимальных канальцев нефронов почек. От рецептов на эти препараты следует отказаться после истечения срока годности, поскольку они могут вызвать гепатотоксичность. Когда-то считалось, что антибиотики тетрациклинового ряда снижают эффективность многих видов гормональной контрацепции . Недавние исследования не показали значительной потери эффективности пероральных контрацептивов при использовании большинства тетрациклинов. Несмотря на эти исследования, многие врачи по-прежнему рекомендуют использование барьерной контрацепции людям, принимающим любые тетрациклины, для предотвращения нежелательной беременности. [18] [19] [20]
Следует избегать использования тетрациклина беременными и кормящими женщинами, а также детьми с развивающимися зубами, поскольку это может привести к необратимому окрашиванию зубов (темные желто-серые зубы с более темной горизонтальной полосой, пересекающей верхний и нижний ряды зубов) и, возможно, повлиять на рост зубов и костей. Использование в течение первых 12 недель беременности, по-видимому, не увеличивает риск каких-либо серьезных врожденных дефектов. [21] Может существовать небольшой повышенный риск возникновения незначительных врожденных дефектов, таких как паховая грыжа , но количество сообщений слишком мало, чтобы быть уверенным, существует ли на самом деле какой-либо риск. [21] При приготовлении тетрациклина необходимо учитывать стабильность, чтобы избежать образования токсичных эпи-ангидротетрациклинов. [ нужна цитата ]
Тетрациклиновые антибиотики являются ингибиторами синтеза белка . [22] Они ингибируют инициацию трансляции различными способами, связываясь с субъединицей рибосомы 30S , которая состоит из 16S рРНК и 21 белка. Они ингибируют связывание аминоацил-тРНК с комплексом трансляции мРНК . Некоторые исследования показали, что тетрациклины могут связываться как с 16S, так и с 23S рРНК. [23] Также было обнаружено, что тетрациклины ингибируют матриксные металлопротеиназы . Этот механизм не усиливает их антибиотический эффект, но привел к обширным исследованиям химически модифицированных тетрациклинов или ШМТ (например, инциклинида ) для лечения розацеа , прыщей , диабета и различных типов новообразований . [24] [25] [26] Было показано, что тетрациклины активны не только против широкого спектра бактерий, но также против вирусов, простейших, у которых отсутствуют митохондрии, и некоторых неинфекционных состояний. Связывание тетрациклинов с клеточной дсРНК (двухцепочечной РНК) может быть объяснением их широкого спектра действия. Это также можно объяснить природой путей синтеза рибосомальных белков у бактерий. [23] В сентябре 2007 года было объявлено, что инциклинид неэффективен при розацеа. [27] В нескольких исследованиях изучались модифицированные и немодифицированные тетрациклины для лечения рака человека; из них очень многообещающие результаты были достигнуты с помощью CMT-3 у пациентов с саркомой Капоши . [28]
Тетрациклины состоят из жесткого скелета из 4 сросшихся колец. [2] Кольцевая структура тетрациклинов разделена на верхнюю модифицируемую область и нижнюю немодифицируемую область. [29] [30] Активный тетрациклин требует фенола C10, а также кето-енольной субструктуры C11-C12 в сопряжении с группой 12a-OH и дикето-подструктуры C1-C3. [2] [30] [29] Удаление диметиламинной группы у C4 снижает антибактериальную активность. [30] [29] Замена карбоксиламиновой группы у C2 приводит к снижению антибактериальной активности, но можно добавить заместители к амидному азоту, чтобы получить более растворимые аналоги, такие как пролекарство лимециклин . [2] Простейшим тетрациклином с измеримой антибактериальной активностью является 6-дезокси-6-деметилтетрациклин, и его структура часто считается минимальным фармакофором для тетрациклического класса антибиотиков. [2] [31] C5-C9 можно модифицировать для получения производных с различной антибактериальной активностью. [30] [29]
Клетки могут стать устойчивыми к тетрациклину за счет ферментативной инактивации тетрациклина, оттока , рибосомальной защиты, [2] снижения проницаемости и мутации рибосомы. [5]
Инактивация является самым редким типом устойчивости [32] , при котором НАДФН-зависимая оксидоредуктаза , класс деструктаз антибиотиков, модифицирует тетрациклиновые антибиотики в их окислительно-мягком месте, что приводит к инактивации тетрациклинового антибиотика. Например, оксиредуктаза модифицирует сайт C11a окситетрациклина. Для биологической активности окситетрациклина необходимы как хелатирование Mg 2+ , так и связывание рибосомы , а модификация ослабляет связывание, что приводит к инактивации окситетрациклинового антибиотика. [5]
В наиболее распространенном механизме реакции - оттоке [23] различные гены устойчивости кодируют мембранный белок, который активно выкачивает тетрациклин из клетки путем обмена протона на катионный комплекс тетрациклина. Этот обмен приводит к снижению цитоплазматической концентрации тетрациклина. [33]
При рибосомальной защите ген устойчивости кодирует белок, который может иметь несколько эффектов, в зависимости от того, какой ген переносится. [34] Было обнаружено двенадцать классов генов/белков рибосомальной защиты. [35]
Возможные механизмы действия этих защитных белков включают:
При проглатывании обычно рекомендуется принимать более водорастворимые тетрациклины короткого действия (обычный тетрациклин, хлортетрациклин, окситетрациклин , демеклоциклин и метациклин ) с полным стаканом воды либо через два часа после еды, либо за два часа до еды. Отчасти это связано с тем, что большинство тетрациклинов связываются с пищей, а также легко с магнием , алюминием , железом и кальцием , что снижает их способность полностью усваиваться организмом . Молочные продукты, антациды и препараты, содержащие железо, следует избегать вблизи момента приема препарата. Частичные исключения из этих правил имеют место для доксициклина и миноциклина , которые можно принимать во время еды (но не препараты железа, антациды или препараты кальция). Миноциклин можно принимать с молочными продуктами, поскольку он не так легко хелатирует кальций, хотя молочные продукты немного снижают всасывание миноциклина. [39]
История тетрациклинов включает в себя коллективный вклад тысяч преданных своему делу исследователей, ученых, врачей и руководителей бизнеса. Тетрациклины были открыты в 1940-х годах, впервые описаны в научной литературе в 1948 году и проявили активность в отношении широкого спектра микроорганизмов. Первыми описанными членами группы тетрациклинов были хлортетрациклин и окситетрациклин. [2] [40] Хлортетрациклин (ауреомицин) был впервые обнаружен как обычный препарат в 1945 году и первоначально одобрен в 1948 году [41] Бенджамином Минге Дуггаром , 73-летним почетным профессором ботаники, работающим в американской лаборатории цианамидов – Ледерле, под руководством Йеллапрагады Суббароу . Даггар получил это вещество из образца почвы штата Миссури, золотистой грибообразной, обитающей в почве бактерии Streptomyces aureofaciens . [42] Примерно в то же время, когда Ледерле открыл ауреомицин, компания Pfizer обыскивала земной шар в поисках новых антибиотиков. Образцы почвы были собраны в джунглях, пустынях, горных вершинах и океанах. Но в конечном итоге окситетрациклин (террамицин) был выделен в 1949 году Александром Финли из образца почвы, собранного на территории фабрики в Терре-Хот, штат Индиана. [43] Он произошел от похожей почвенной бактерии Streptomyces rimosus. [44] С самого начала террамицин представлял собой молекулу, окутанную противоречиями. Он стал предметом первой массовой маркетинговой кампании современной фармацевтической компании. Компания Pfizer активно рекламировала препарат в медицинских журналах, в конечном итоге потратив на маркетинг вдвое больше, чем на открытие и разработку террамицина. Тем не менее, Pfizer , тогда еще небольшая компания, превратилась в фармацевтического гиганта. [43] Группа Pfizer , возглавляемая Фрэнсисом А. Хохштейном, в свободном сотрудничестве с Робертом Бернсом Вудвордом, определила структуру окситетрациклина , что позволило Ллойду Х. Коноверу успешно производить тетрациклин как синтетический продукт. [45] В 1955 году Коновер обнаружил, что гидрогенолиз ауреомицина дает дехлорный продукт, который так же активен, как и исходный продукт. Это впервые доказало, что химически модифицированные антибиотики могут обладать биологической активностью. В течение нескольких лет на рынок вышел ряд полусинтетических тетрациклинов, и теперь большинство открытий в области антибиотиков связано с новыми активными производными старых соединений. [43]Другие тетрациклины были идентифицированы позже либо как встречающиеся в природе молекулы, например, тетрациклин из S. aureofaciens, S. rimosus и S. viridofaciens и диметилхлортетрациклин из S. aureofaciens, либо как продукты полусинтетических подходов, например, метациклин, доксициклин, и миноциклин. [2] [41]
Исследования, проведенные антропологом Джорджем Дж. Армелагосом и его командой в Университете Эмори, показали , что у древних нубийцев постмеройского периода (около 350 г. н. э.) в костях были отложения тетрациклина, которые можно было обнаружить с помощью анализа поперечных срезов в ультрафиолетовом свете. флуоресцентны, как и современные. Армелагос предположил, что это произошло из-за употребления местного древнего пива (очень похожего на египетское [46] ), приготовленного из загрязненного хранившегося зерна. [47]
Тетрациклины были известны своей антибактериальной активностью широкого спектра и были коммерциализированы с клиническим успехом, начиная с конца 1940-х - начала 1950-х годов. Полусинтетические аналоги второго поколения и более поздние соединения третьего поколения демонстрируют продолжающуюся эволюцию тетрациклиновой платформы в сторону производных с повышенной эффективностью, а также эффективностью против бактерий, устойчивых к тетрациклину, с улучшенными фармакокинетическими и химическими свойствами. [40] Вскоре после внедрения терапии тетрациклином был идентифицирован первый бактериальный патоген, устойчивый к тетрациклину. С тех пор продолжают выявляться бактериальные патогены, устойчивые к тетрациклину, что ограничивает эффективность тетрациклина в лечении бактериальных заболеваний. [48]
Глицилциклины и фторциклины — новые классы антибиотиков, производные тетрациклина. [49] [50] [48] Эти аналоги тетрациклина специально разработаны для преодоления двух распространенных механизмов резистентности к тетрациклину, а именно резистентности, опосредованной приобретенными эффлюксными насосами и/или рибосомальной защитой. В 2005 году тигециклин , первый член новой подгруппы тетрациклинов, названной глицилциклинами, был представлен для лечения инфекций, устойчивых к другим противомикробным препаратам. [51] Хотя он структурно связан с миноциклином , изменения в молекуле привели к расширению спектра его активности и снижению склонности к развитию резистентности по сравнению с другими тетрациклиновыми антибиотиками. Как и миноциклин , тигециклин связывается с бактериальной 30S-рибосомой, блокируя вход транспортной РНК. В конечном итоге это предотвращает синтез белка и, таким образом, подавляет рост бактерий. Однако добавление N,N-диметилглициламидогруппы в положение 9 молекулы миноциклина увеличивает сродство тигециклина к рибосомальной мишени до 5 раз по сравнению с миноциклином или тетрациклином . Это позволяет расширить спектр действия и снизить склонность к развитию резистентности. [48] Хотя тигециклин был первым тетрациклином, одобренным за более чем 20 лет, другие, более новые версии тетрациклинов в настоящее время проходят клинические испытания на людях. [52]
Члены класса антибиотиков тетрациклина часто используются в качестве исследовательских реагентов в биомедицинских исследовательских экспериментах in vitro и in vivo с участием бактерий, а также в экспериментах на эукариотических клетках и организмах с индуцируемыми системами экспрессии белков с использованием активации транскрипции, контролируемой тетрациклином . [61] Механизм действия антибактериального эффекта тетрациклинов основан на нарушении трансляции белков в бактериях, тем самым повреждая способность микробов расти и восстанавливаться; однако трансляция белка также нарушается в митохондриях эукариот , что приводит к эффектам, которые могут исказить экспериментальные результаты. [62] [63] Его можно использовать в качестве искусственного биомаркера в дикой природе, чтобы проверить, едят ли дикие животные приманку, содержащую вакцину или лекарство. Поскольку он флуоресцентен и связывается с кальцием , можно использовать УФ-лампу, чтобы проверить, находится ли он в зубе, вырванном у животного. Например, его использовали для проверки использования енотами в США приманок для пероральной вакцины против бешенства . Однако это инвазивная процедура для животного и трудоемкая для исследователя. Поэтому предпочтительны другие красители, такие как родамин B , которые можно обнаружить в волосах и бакенбардах. [64]
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )