Тетрациклины представляют собой группу антибиотиков широкого спектра действия , которые имеют общую базовую структуру и либо выделяются непосредственно из нескольких видов бактерий Streptomyces , либо производятся полусинтетически из этих выделенных соединений. [1] Молекулы тетрациклина состоят из линейного конденсированного тетрациклического ядра (кольца, обозначенные A, B, C и D), к которому присоединены различные функциональные группы . [2] Тетрациклины названы в честь их четырех («тетра-») углеводородных колец («-цикл-»), производных («-ин»). Они определяются как подкласс поликетидов , имеющих скелет октагидротетрацен-2-карбоксамида, и известны как производные полициклического нафтаценкарбоксамида. [3] Хотя все тетрациклины имеют общую структуру, они отличаются друг от друга наличием хлоро- , метильных и гидроксильных групп. Эти модификации не изменяют их широкую антибактериальную активность, но влияют на фармакологические свойства, такие как период полувыведения и связывание с белками в сыворотке . [1]
Тетрациклины были открыты в 1940-х годах и проявили активность против широкого спектра микроорганизмов , включая грамположительные и грамотрицательные бактерии , хламидии , микоплазматоту , риккетсии и простейших паразитов . [2] Сам тетрациклин был открыт позже хлортетрациклина и окситетрациклина , но до сих пор считается исходным соединением для целей номенклатуры. [4] Тетрациклины являются одними из самых дешевых классов антибиотиков, доступных на рынке, и широко использовались для профилактики и лечения инфекций у людей и животных, а также в субтерапевтических концентрациях 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 действуют коротко и пассивно диффундируют через пориновые каналы в бактериальной мембране. Они ингибируют синтез белка , обратимо связываясь с бактериальной 30S рибосомальной субъединицей и предотвращая связывание аминоацильной тРНК с сайтом A рибосомы. Они также в некоторой степени связываются с бактериальной 50S рибосомальной субъединицей 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 подавляют синтез белка как в бактериальных, так и в человеческих клетках. У бактерий есть система, которая позволяет тетрациклинам транспортироваться в клетку, тогда как человеческие клетки этого не делают. Таким образом, человеческие клетки защищены 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 предпочтительным лечением для некоторых конкретных показаний. [2] Поскольку не весь тетрациклин, вводимый перорально, всасывается из желудочно-кишечного тракта , бактериальная популяция кишечника может стать устойчивой к тетрациклинам, что приводит к чрезмерному росту устойчивых организмов. Считается, что широкое использование тетрациклинов способствовало увеличению числа организмов, устойчивых к тетрациклинам, что в свою очередь делает некоторые инфекции более устойчивыми к лечению. [1] Устойчивость к тетрациклинам часто обусловлена приобретением новых генов, которые кодируют энергозависимый отток тетрациклинов или белок, который защищает бактериальные рибосомы от действия тетрациклинов. Кроме того, ограниченное число бактерий приобретает устойчивость к тетрациклинам путем мутаций. [2] [5]
Тетрациклины обычно используются для лечения инфекций мочевыводящих путей, дыхательных путей и кишечника, а также для лечения хламидиоза , особенно у пациентов с аллергией на β-лактамы и макролиды ; однако их использование по этим показаниям менее популярно, чем когда-то, из-за широкого развития резистентности у возбудителей. [6] [7] Тетрациклины широко используются для лечения умеренно тяжелой формы акне и розацеа ( тетрациклин , окситетрациклин , доксициклин или миноциклин ). [8] Анаэробные бактерии не так восприимчивы к тетрациклинам, как аэробные бактерии. [9] Доксициклин также используется в качестве профилактического средства при заражении Bacillus anthracis ( сибирской язвой ) и эффективен против Yersinia pestis , инфекционного агента бубонной чумы . Он также используется для лечения и профилактики малярии , а также для лечения слоновости филяриатоза . [10] Тетрациклины остаются предпочтительным лечением инфекций, вызванных хламидиями ( трахома , пситтакоз , сальпингит , уретрит и инфекция L. venereum ), риккетсиями ( сыпной тиф , пятнистая лихорадка Скалистых гор ), бруцеллезом и спирохетозными инфекциями ( болезнь Лайма / боррелиоз и сифилис ). [2] Они также используются в ветеринарии . [2] Они могут играть роль в сокращении продолжительности и тяжести холеры , хотя лекарственная устойчивость растет [11] и их влияние на общую смертность ставится под сомнение. [12]
Побочные эффекты тетрациклинов встречаются нечасто, но следует особо отметить фототоксичность . Она увеличивает риск солнечных ожогов под воздействием солнечного света или других источников. Это может иметь особое значение для тех, кто собирается взять с собой в отпуск долгосрочный доксициклин в качестве профилактики малярии. Они могут вызывать расстройства желудка или кишечника, а 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 для применения у детей младше 8 лет. У некоторых взрослых также наблюдается изменение цвета зубов (легкий серый оттенок) после использования. Однако их безопасно использовать в первые 18 недель беременности. [13] [14] Некоторым пациентам, принимающим тетрациклины, требуется медицинское наблюдение, поскольку они могут вызывать стеатоз и гепатотоксичность . [15] [16] [17]
Тетрациклины следует использовать с осторожностью лицам с нарушением функции печени. Кроме того, поскольку молекулы растворимы в воде, это может ухудшить почечную недостаточность (это не относится к жирорастворимым агентам 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, кроме миноциклина . Продукты распада тетрациклинов токсичны и могут вызвать синдром Фанкони , потенциально смертельное заболевание, поражающее проксимальную канальцевую функцию в нефронах почек. Рецепты на эти препараты следует отменять по истечении срока действия, поскольку они могут вызывать гепатотоксичность. Когда-то считалось, что антибиотики тетрациклинового ряда снижают эффективность многих видов гормональной контрацепции . Недавние исследования не показали значительной потери эффективности оральных контрацептивов при использовании большинства тетрациклинов. Несмотря на эти исследования, многие врачи по-прежнему рекомендуют использовать барьерную контрацепцию людям, принимающим любые тетрациклины, для предотвращения нежелательной беременности. [18] [19] [20]
Следует избегать использования тетрациклина беременными или кормящими женщинами, а также детьми с развивающимися зубами, поскольку это может привести к постоянному окрашиванию (темные желто-серые зубы с более темной горизонтальной полосой, которая проходит через 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 быть небольшое увеличение риска незначительных врожденных дефектов, таких как паховая грыжа , но количество сообщений слишком мало, чтобы быть уверенным, есть ли на самом деле какой-либо риск. [21] При подготовке тетрациклина необходимо учитывать стабильность, чтобы избежать образования токсичных эпи-ангидротетрациклинов. [ необходима цитата ]
Тетрациклиновые антибиотики являются ингибиторами синтеза белка . [22] Они подавляют инициацию трансляции различными способами, связываясь с 30S рибосомальной субъединицей , которая состоит из 16S рРНК и 21 белка. Они подавляют 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 антибиотическое действие, но привел к обширным исследованиям химически модифицированных тетрациклинов или CMT (например, инциклинида ) для лечения розацеа , акне , диабета и различных типов новообразований . [24] [25] [26] Было показано, что тетрациклины активны не только против широкого спектра бактерий, но и против вирусов, простейших, у которых отсутствуют митохондрии, и некоторых неинфекционных заболеваний. Связывание тетрациклинов с клеточной dsRNA (двуцепочечной РНК) может быть объяснением их широкого спектра действия. Это также может быть связано с природой путей синтеза рибосомального белка у бактерий. [23] В сентябре 2007 года было объявлено, что инциклинид неэффективен при розацеа. [27] В нескольких испытаниях изучались модифицированные и немодифицированные тетрациклины для лечения рака у людей; из них очень многообещающие результаты были достигнуты с CMT-3 для пациентов с саркомой Капоши . [28]
Тетрациклины состоят из жесткого скелета из 4 конденсированных колец. [2] Кольцевая структура тетрациклинов разделена на верхнюю модифицируемую область и нижнюю немодифицируемую область. [29] [30] Для активного тетрациклина требуется фенол C10, а также кето-енольная субструктура C11-C12 в сопряжении с группой 12a-OH и дикето-субструктурой C1-C3. [2] [30] [29] Удаление диметиламиновой группы в положении C4 снижает антибактериальную активность. [30] [29] Замена карбоксиламиновой группы в положении C2 приводит к снижению антибактериальной активности, но можно добавить заместители к азоту амида, 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 класса антибиотиков тетрациклов. [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 , защиты рибосом, [2] снижения проницаемости и мутации рибосом. [5]
Инактивация является самым редким типом резистентности, [32] где НАДФН-зависимая оксидоредуктаза , класс деструктаз антибиотиков, модифицирует тетрациклиновый антибиотик в его окислительной мягкой точке, что приводит к инактивации тетрациклинового антибиотика. Например, оксиредуктаза вносит модификацию в сайт C11a окситетрациклина. Как хелатирование Mg 2+ , так и связывание с рибосомой необходимы для биологической активности окситетрациклина, а модификация ослабляет связывание, что приводит к инактивации окситетрациклинового антибиотика. [5]
В наиболее распространенном механизме реакции, эффлюксе, [23] различные гены резистентности кодируют мембранный белок, который активно выкачивает тетрациклин из клетки, обменивая протон на комплекс катиона тетрациклина. Этот обмен приводит к снижению цитоплазматической концентрации тетрациклина. [33]
В рибосомальной защите ген резистентности 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 приеме внутрь 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. Это отчасти потому, 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 времени приема препарата. Частичные исключения из этих правил имеют место для доксициклина и миноциклина , которые можно принимать с пищей (но не с железом, антацидами или добавками кальция). Миноциклин можно принимать с молочными продуктами, поскольку он не так легко хелатирует кальций, хотя молочные продукты действительно немного снижают абсорбцию миноциклина. [39]
История тетрациклинов включает в себя коллективный вклад тысяч преданных своему делу исследователей, ученых, врачей и руководителей предприятий. Тетрациклины были открыты в 1940-х годах, впервые описаны в научной литературе в 1948 году и продемонстрировали активность против 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 Даггаром , 73-летним почетным профессором ботаники, работавшим в American Cyanamid – Lederle Laboratories под руководством Йеллапрагады Суббароу . Даггар выделил вещество из образца почвы Миссури, золотисто-окрашенной, похожей на грибок, почвенной бактерии под названием Streptomyces aureofaciens . [42] Примерно в то же время, когда Ледерле открыл ауреомицин, Pfizer прочесывал мир в поисках новых антибиотиков. Образцы почвы собирались из джунглей, пустынь, горных вершин и океанов. 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 под названием Streptomyces rimosus. [44] С самого начала террамицин был молекулой, окутанной спорами. Он стал предметом первой массовой маркетинговой кампании современной фармацевтической компании. Pfizer активно рекламировала препарат в медицинских журналах, в конечном итоге потратив на маркетинг вдвое больше, чем на открытие и разработку террамицина. Тем не менее, это превратило Pfizer , тогда еще небольшую компанию, в фармацевтического гиганта. [43] Группа Pfizer во главе с Фрэнсисом А. Хохштейном в свободном сотрудничестве с Робертом Бернсом Вудвордом определила структуру окситетрациклина , что позволило Ллойду Х. Коноверу успешно производить сам тетрациклин в качестве синтетического продукта. [45] В 1955 году Коновер обнаружил, что гидрогенолиз ауреомицина дает продукт десхлоро, 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 антибиотиков представляют собой новые активные производные 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 постмероитского периода (около 350 г. н . э.) в костях были отложения тетрациклина, которые можно было обнаружить с помощью анализа поперечных сечений в ультрафиолетовом свете — отложения флуоресцентные, как и современные. Армелагос предположил, что это было связано с употреблением местного древнего пива (очень похожего на египетское пиво [46] ), приготовленного из загрязненного хранящегося зерна. [47]
Тетрациклины были известны своим широким спектром антибактериальной активности и были коммерциализированы с клиническим успехом, начиная с конца 1940-х и до начала 1950-х годов. Полусинтетические аналоги второго поколения и более поздние соединения третьего поколения демонстрируют продолжающуюся эволюцию платформы тетрациклина в сторону производных с повышенной активностью, а также эффективностью против бактерий, устойчивых к тетрациклину, с улучшенными фармакокинетическими и химическими свойствами. [40] Вскоре после введения терапии тетрациклином был идентифицирован первый бактериальный патоген, устойчивый к тетрациклину. С тех пор бактериальные патогены, устойчивые к тетрациклину, продолжали идентифицироваться, что ограничивало эффективность тетрациклина в лечении бактериальных заболеваний. [48]
Глицилциклины и фторциклины — новые классы антибиотиков, полученных из тетрациклина. [49] [50] [48] Эти аналоги тетрациклина специально разработаны для преодоления двух распространенных механизмов устойчивости к тетрациклину, а именно устойчивости, опосредованной приобретенными эффлюксными насосами и/или рибосомальной защитой. В 2005 году тигециклин , первый член новой подгруппы тетрациклинов, названных глицилциклинами, был введен 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 восприимчивости к развитию резистентности по сравнению с другими тетрациклиновыми антибиотиками. Как и миноциклин , тигециклин связывается с бактериальной 30S рибосомой, блокируя проникновение транспортной РНК. Это в конечном итоге предотвращает синтез белка и, таким образом, подавляет рост бактерий. Однако добавление N,N,-диметилглициламидогруппы в 9-е положение молекулы миноциклина увеличивает сродство тигециклина к рибосомальной мишени до 5 раз по сравнению с миноциклином или тетрациклином . Это позволяет расширить спектр активности и снизить восприимчивость к развитию резистентности. [48] Хотя тигециклин был первым тетрациклином, одобренным за последние 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 контролируемой тетрациклином транскрипционной активации . [61] Механизм действия антибактериального эффекта тетрациклинов основан на нарушении трансляции белков в бактериях, тем самым нанося ущерб способности микробов расти и восстанавливаться; однако трансляция белков также нарушается в эукариотических митохондриях , что приводит к эффектам, которые могут искажать экспериментальные результаты. [62] [63] Его можно использовать в качестве искусственного биомаркера в дикой природе, чтобы проверить, потребляют ли дикие животные приманку, содержащую вакцину или лекарство. Поскольку он флуоресцентный и связывается с кальцием , УФ-лампу можно использовать для проверки того, находится ли он в зубе, вырванном у животного. Например, его использовали для проверки поглощения енотов в США приманок с пероральной вакциной 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 усах. [64]
{{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )