Гентамицин — это аминогликозидный антибиотик, используемый для лечения нескольких типов бактериальных инфекций . [4] К ним относятся инфекции костей , эндокардит , воспалительные заболевания органов малого таза , менингит , пневмония , инфекции мочевыводящих путей и сепсис среди прочих. [4] Он неэффективен при гонорее или хламидийных инфекциях . [4] Его можно вводить внутривенно , внутримышечно или местно . [4] Местные составы 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 вызывать проблемы с внутренним ухом и почками . [4] Проблемы с внутренним ухом могут включать проблемы с равновесием и потерю слуха . [4] Эти проблемы могут быть постоянными. [4] Если его использовать во время беременности , он может нанести вред развивающемуся плоду. [4] Однако, по-видимому, его можно безопасно использовать во время грудного вскармливания . [7] Гентамицин является разновидностью аминогликозидов [4] и 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 применения в 1964 году. [9] Антибиотик собирают из культуры Micromonospora путем перфорации клеточной стенки бактерии. В настоящее время ведутся исследования для понимания биосинтеза этого антибиотика в попытке увеличить экспрессию и усилить секрецию гентамицина для 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 как дженерик . [12]
Гентамицин активен против широкого спектра бактериальных инфекций, в основном грамотрицательных бактерий, включая Pseudomonas , Proteus , Escherichia coli , Klebsiella pneumoniae , Enterobacter aerogenes , Serratia и грамположительных Staphylococcus . [13] Гентамицин используется для лечения инфекций дыхательных путей, мочевыводящих путей, крови, костей и мягких тканей, вызванных этими восприимчивыми бактериями. [14]
Недостаточно доказательств в поддержку гентамицина как терапии первой линии при инфекции Neisseria gonorrhoeae . [15] Гентамицин не используется при бактериальных инфекциях Neisseria meningitidis или Legionella pneumophila (из-за риска развития шока у человека от эндотоксина липида А , обнаруженного в некоторых грамотрицательных организмах). Гентамицин также полезен против Yersinia pestis (вызывающей чуму ), ее родственников и Francisella tularensis (организма, вызывающего туляремию, часто встречающегося у охотников и трапперов). [16]
Некоторые Enterobacteriaceae , Pseudomonas spp. , Enterococcus spp. , Staphylococcus aureus и другие Staphylococcus spp. имеют различную степень устойчивости к гентамицину. [17]
Гентамицин не рекомендуется во время беременности, если только польза не перевешивает риски для матери. Гентамицин может проникать через плаценту , и было отмечено несколько случаев необратимой двусторонней врожденной глухоты у детей. Внутримышечная инъекция гентамицина матерям может вызвать мышечную слабость у новорожденного . [14]
Безопасность и эффективность гентамицина у кормящих матерей не установлены. Обнаруживаемые уровни гентамицина обнаруживаются в грудном молоке человека и у грудных детей. [14]
У пожилых людей следует оценить функцию почек до начала терапии, а также во время лечения из-за снижения скорости клубочковой фильтрации. Уровни гентамицина в организме могут оставаться более высокими в течение более длительного периода времени у этой группы населения. Гентамицин следует с осторожностью применять у лиц с почечной , слуховой , вестибулярной или нервно-мышечной дисфункцией. [13]
Гентамицин может быть нецелесообразным для использования у детей, включая младенцев. Исследования показали более высокие уровни в сыворотке и более длительный период полувыведения у этой группы населения. [18] Функцию почек следует периодически проверять во время терапии. Долгосрочные эффекты лечения могут включать потерю слуха и проблемы с равновесием. Сообщалось о гипокальциемии , гипокалиемии и мышечной слабости при использовании инъекций. [13]
Гентамицин не следует использовать, если у человека в анамнезе есть гиперчувствительность , такая как анафилаксия или другая серьезная токсическая реакция на гентамицин или любые другие аминогликозиды . [14] Большую осторожность необходимо проявлять у людей с миастенией и другими нервно-мышечными расстройствами, поскольку существует риск ухудшения слабости. [4] Гентамицина также следует избегать при назначении эмпирических антибиотиков в условиях 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]
Нефротоксичность и ототоксичность считаются дозозависимыми, причем более высокие дозы вызывают большую вероятность токсичности. [13] Эти два вида токсичности могут иметь отсроченное проявление, иногда не проявляясь до завершения лечения. [13]
Повреждение почек является проблемой у 10–25% людей, которые получают аминогликозиды, а гентамицин является одним из самых нефротоксичных препаратов этого класса. [20] Часто острая нефротоксичность обратима, но может быть фатальной. [13] Риск нефротоксичности может зависеть от дозы, частоты, продолжительности терапии и одновременного использования некоторых лекарств, таких как НПВП , диуретики , цисплатин , циклоспорин , цефалоспорины , амфотерицин , йодистые контрастные вещества и ванкомицин . [20]
Факторы, повышающие риск нефротоксичности, включают: [20]
Дисфункция почек контролируется путем измерения креатинина в крови, уровня электролитов, диуреза , наличия белка в моче и концентрации других химических веществ, таких как мочевина, в крови. [20]
Около 11% населения, принимающего аминогликозиды, испытывают повреждение внутреннего уха . [21] Общие симптомы повреждения внутреннего уха включают шум в ушах , потерю слуха, вертиго , проблемы с координацией и головокружение. [22] Хроническое использование 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 обезвоживания. [13]
Факторы, повышающие риск повреждения внутреннего уха, включают: [13] [14]
Гентамицин — это бактерицидный антибиотик, который действует путем связывания 30S субъединицы бактериальной рибосомы, отрицательно влияя на синтез белка . Основной механизм действия, как правило, заключается в том, чтобы работать через абляцию способности рибосомы различать правильные взаимодействия транспортной РНК и информационной РНК . [23] Обычно, если неправильная тРНК спаривается с кодоном мРНК в аминоацильном участке рибосомы, аденозины 1492 и 1493 исключаются из взаимодействия и оттягиваются, сигнализируя рибосоме об отторжении аминоацилированной тРНК :: Термонестабильный комплекс фактора удлинения. [24] Однако, когда гентамицин связывается со спиралью 44 16S рРНК , он заставляет аденозины сохранять положение, которое они занимают, когда есть правильное или родственное соответствие между аа-тРНК и мРНК. [25] Это приводит к принятию неправильных аа-тРНК, заставляя рибосому синтезировать белки с неправильными аминокислотами, размещенными повсюду (примерно каждые 1 из 500). [26] Нефункциональные, неправильно транслированные белки неправильно сворачиваются и агрегируют, что в конечном итоге приводит к гибели бактерии. Более того, было замечено, что гентамицин может вызывать существенное замедление общей скорости удлинения пептидных цепей в живых бактериальных клетках, независимо от неправильного включения аминокислот. [27] Это открытие указывает на то, что гентамицин не только вызывает ошибки в синтезе белка, но и в целом затрудняет эффективность самого процесса трансляции. Был предложен дополнительный механизм, основанный на кристаллических структурах гентамицина во вторичном сайте связывания в спирали 69 23S рРНК , который взаимодействует со спиралью 44 и белками, которые распознают стоп-кодоны . Считается, что на этом вторичном участке гентамицин препятствует взаимодействию рибосомы с факторами рециркуляции рибосомы, в результате чего две субъединицы рибосомы остаются в комплексе даже после завершения трансляции, создавая пул неактивных рибосом, которые больше не могут повторно инициировать и транслировать новые белки. [28]
Поскольку гентамицин получен из вида Micromonospora , основой этого антибиотика является аминоциклитол 2-дезоксистрептамин. [29] [30] Это шестиуглеродное кольцо замещено в положениях углерода 4 и 6 молекулами аминосахара циклического пурпурозамина и гарозамина, соответственно. [31] [29] Комплекс гентамицина дифференцируется на пять основных компонентов (C 1 , C 1a , C 2 , C 2a , C 2b ) и несколько второстепенных компонентов путем замещения на 6' углероде единицы пурпурозамина, обозначенных на изображении справа как R 1 и R 2 . [31] [29] [32] [33] R 1 и R 2 могут иметь следующие замены для некоторых видов в комплексе гентамицина. [31] [34] [30]
Гентамицины состоят из трех гексозаминов : гентозамина/гарозамина, 2-дезоксистрептамина и пурпурозамина (см. иллюстрации слева направо). [35] [36]
Канамицины и тобрамицин имеют схожие структуры. Сизомицин — это 4,5-дегидрогентамицин-C 1a .
Гентамицин состоит из ряда родственных компонентов и фракций гентамицина, которые обладают различной степенью антимикробной активности. [37] Основные компоненты гентамицина включают в себя члены комплекса гентамицина C: гентамицин C 1 , гентамицин C 1a и гентамицин C 2 , которые составляют приблизительно 80% гентамицина и, как было обнаружено, обладают самой высокой антибактериальной активностью. Гентамицин A, B, X и несколько других составляют оставшиеся 20% гентамицина и имеют более низкую антибиотическую активность, чем комплекс гентамицина C. [33] Точный состав данного образца или партии гентамицина не определен должным образом, и уровень компонентов гентамицина C 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 изучать различные свойства гентамицина, включая фармакокинетику и восприимчивость микроорганизмов, если имеется неизвестная комбинация химически родственных, но различных соединений. [38]
Полный биосинтез гентамицина до конца не изучен. Гены, контролирующие биосинтез гентамицина, представляют особый интерес из-за сложности получения антибиотика после производства. [33] [32] [34] [39] [40] Поскольку гентамицин собирается на поверхности клетки, а поверхность клетки должна быть каким-то образом перфорирована, чтобы получить антибиотик. [33] [32] [ 34] [39] [40] Многие предполагают, что количество гентамицина, собранного после производства, может увеличиться, если гены будут идентифицированы и перенаправлены на секрецию антибиотика вместо сбора гентамицина на поверхности клетки. [33] [32] [34] [39] [40] Литература также согласуется с тем, что путь биосинтеза гентамицина начинается с дефосфорилирования D- глюкозо - 6-фосфата , трансаминирования , дегидрогенизации и, наконец, гликозилирования D- глюкозамином для образования паромамина внутри Micromonospora echinospora . [31] Добавление D- ксилозы приводит к первому промежуточному продукту пути комплекса гентамицина C, гентамицину A2. [31] [41] Гентамицин A2 C-метилируется и эпимеризуется в гентамицин X 2 , первую точку разветвления этого пути биосинтеза [41]
Когда на X 2 воздействует кобаламин -зависимый радикальный фермент S-аденозил-L-метионин GenK, положение углерода 6' метилируется с образованием фармакологически активного промежуточного соединения G418 [42] [41] [31] [43]. Затем G418 подвергается дегидрированию и аминированию в положении C6' геном дегидрогеназы GenQ с образованием фармакологически активного JI-20B, хотя предполагается, что между этим этапом находится другое промежуточное соединение, 6'-дегидро-6'оксо-G418 (6'DOG), для которого в качестве аминирующего гена предлагается использовать ген GenB1 . [31] [44] JI-20B дегидроксилируется и эпимеризуется в первый компонент комплекса гентамицина C, гентамицин C2a, который затем подвергается эпимеризации GenB2, а затем N-метилированию неподтвержденным геном с образованием конечного продукта в этой точке ветвления, гентамицина C1. [41] [44] [31] [45]
Когда X 2 обходит GenK и напрямую дегидрируется и аминируется ферментом GenQ, образуется другой фармакологически значимый промежуточный продукт JI-20A. [31] [44] Хотя для этого этапа был идентифицирован промежуточный продукт, 6'-дегидро-6'-оксо-гентамицин X2 (6'-DOX), для которого фермент GenB1 предназначен в качестве аминирующего фермента. [44] Затем JI-20A дегидроксилируется в первый компонент комплекса гентамицина C для этой ветви, гентамицин C1a, посредством каталитической реакции с GenB4. [45] Затем C1a подвергается N-метилированию неподтвержденным ферментом с образованием конечного компонента, гентамицина C2b. [44] [41] [31] [45]
Гентамицин синтезируется только посредством глубинной ферментации , и было обнаружено, что неорганические источники питательных веществ снижают производство. [31] Традиционная ферментация использовала дрожжевой говяжий бульон, [32] но были проведены исследования по оптимизации питательной среды для производства комплекса гентамицина С, поскольку комплекс С в настоящее время является единственным фармацевтически значимым компонентом. [31] Основными компонентами питательной среды являются источники углерода, в основном сахара, но несколько исследований показали увеличение производства гентамицина при добавлении растительных и рыбьих масел и снижение производства гентамицина при добавлении глюкозы , ксилозы и нескольких карбоновых кислот . [31] Триптон и различные формы дрожжей и производных дрожжей традиционно используются в качестве источника азота в питательной среде, но несколько аминокислот , соевая мука , кукурузный экстракт , сульфат аммония и хлорид аммония оказались полезными добавками. [31] [34] Ионы фосфата , ионы металлов ( кобальт и несколько 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 увеличения зависит от вида Micromonospora и других компонентов в питательной среде. [31] [39] При использовании всех этих вышеупомянутых добавок pH и аэрация являются ключевыми определяющими факторами для количества вырабатываемого гентамицина. [31] [34] Диапазон pH от 6,8 до 7,5 используется для биосинтеза гентамицина, а аэрация определяется независимым экспериментом в зависимости от типа питательной среды и вида Micromonospora . [31] [34]
Гентамицин получают путем ферментации Micromonospora purpurea . Он был открыт в 1963 году Вайнштейном, Вагманом и др. в Schering Corporation в Блумфилде, штат Нью-Джерси, при работе с исходным материалом (образцами почвы), предоставленными Рико Войцешесом. [8] Когда M. purpurea растет в культуре, он имеет яркий фиолетовый цвет, похожий на цвет красителя Gentian Violet , и поэтому гентамицин получил такое название. Впоследствии он был очищен, и структуры его трех компонентов были определены Купером и др., также в Schering Corporation. Первоначально он использовался в качестве местного лечения ожогов в ожоговых отделениях в Атланте и Сан-Антонио, а в 1971 году был введен для внутривенного введения. Он остается основным средством для использования при сепсисе . [ необходима цитата ]
Он синтезируется Micromonospora , родом грамположительных бактерий, широко распространенных в окружающей среде (вода и почва). Согласно Комитету Американской медицинской ассоциации по общим названиям, антибиотики, не производимые Streptomyces, не должны использовать y в конце названия, и чтобы подчеркнуть их особое биологическое происхождение, гентамицин и другие родственные антибиотики, производимые этим родом ( вердамицин , мутамицин, сизомицин , нетилмицин и ретимицин), имеют свои написание, заканчивающееся на ~micin , а не на ~mycin . [46]
Гентамицин также используется в молекулярно-биологических исследованиях в качестве антибактериального агента в тканевых и клеточных культурах, чтобы предотвратить загрязнение стерильных культур. Гентамицин является одним из немногих термостабильных антибиотиков, которые остаются активными даже после автоклавирования , что делает его особенно полезным при приготовлении некоторых микробиологических питательных сред. [ необходима цитата ]