Op uw gezondheid: Penicilline
Chemotherapie is het strategisch gebruik van chemische stoffen (dat wil zeggen geneesmiddelen) om besmettelijke micro-organismen of kankercellen te vernietigen zonder buitensporige schade toe te brengen aan de andere, gezonde cellen van de gastheer. De metabolische routes van alle levende organismen, van bacteriën tot mensen, lijken sterk op elkaar, zodat het zoeken naar veilige en effectieve chemotherapeutische middelen een formidabele taak is. Veel bekende chemotherapeutische middelen werken door remming van een kritisch enzym in de cellen van het binnendringende organisme.
Een antibioticum is een verbinding die bacteriën doodt; zij kan afkomstig zijn van een natuurlijke bron, zoals schimmels, of worden gesynthetiseerd met een structuur die analoog is aan die van een natuurlijk voorkomende antibacteriële verbinding. Antibiotica vormen geen welomschreven klasse van chemisch verwante stoffen, maar veel van hen werken door het effectief remmen van een verscheidenheid van enzymen die essentieel zijn voor bacteriële groei.
Penicilline, een van de meest gebruikte antibiotica ter wereld, werd bij toeval ontdekt door Alexander Fleming in 1928, toen hij antibacteriële eigenschappen opmerkte in een schimmel die op een bacteriële kweekplaat groeide. In 1938 begonnen Ernst Chain en Howard Florey een intensieve inspanning om penicilline uit de schimmel te isoleren en de eigenschappen ervan te bestuderen. De grote hoeveelheden penicilline die voor dit onderzoek nodig waren, kwamen beschikbaar door de ontwikkeling van een voedingsbodem op basis van maïs waar de schimmel dol op was en door de ontdekking van een hoger producerende schimmelstam in een onderzoekscentrum van het Ministerie van Landbouw van de Verenigde Staten in de buurt van Peoria, Illinois. Toch duurde het nog tot 1944 voordat er grote hoeveelheden penicilline werden geproduceerd en beschikbaar kwamen voor de behandeling van bacteriële infecties.
Penicilline werkt door te interfereren met de synthese van celwanden van zich voortplantende bacteriën. Het doet dit door een enzym te remmen – transpeptidase – dat de laatste stap in de biosynthese van de bacteriële celwand katalyseert. De defecte wanden doen bacteriële cellen barsten. Menselijke cellen worden niet aangetast omdat zij celmembranen hebben en geen celwanden.
Er zijn verschillende natuurlijk voorkomende penicillines geïsoleerd. Ze onderscheiden zich door verschillende R-groepen die verbonden zijn met een gemeenschappelijke structuur: een uit vier leden bestaand cyclisch amide (een zogenaamde lactamring) dat versmolten is met een uit vijf leden bestaande ring. De toevoeging van geschikte organische verbindingen aan het kweekmedium leidt tot de produktie van de verschillende soorten penicilline.
De penicillines zijn werkzaam tegen grampositieve bacteriën (bacteriën die met Gram’s vlek kunnen worden gekleurd) en enkele gramnegatieve bacteriën (waaronder de darmbacterie Escherichia coli). Zij zijn doeltreffend bij de behandeling van difterie, gonorroe, longontsteking, syfilis, vele etterinfecties en bepaalde soorten steenpuisten. Penicilline G was de eerste penicilline die op grote schaal werd gebruikt. Het kan echter niet oraal worden toegediend omdat het zeer onstabiel is; de zure pH van de maag zet het om in een inactief derivaat. De belangrijkste orale penicillines – penicilline V, ampicilline en amoxicilline – zijn daarentegen zuurstabiel.
Sommige bacteriestammen worden resistent tegen penicilline door een mutatie die hen in staat stelt een enzym te synthetiseren – penicillinase – dat het antibioticum afbreekt (door splitsing van de amidekoppeling in de lactamring). Om deze stammen te bestrijden, hebben wetenschappers penicilline-analoga (zoals methicilline) gesynthetiseerd die niet door penicillinase worden geïnactiveerd.
Sommige mensen (misschien 5% van de bevolking) zijn allergisch voor penicilline en moeten daarom met andere antibiotica worden behandeld. Hun allergische reactie kan zo hevig zijn dat een fatale coma kan optreden als per ongeluk penicilline aan hen wordt toegediend. Gelukkig zijn er verschillende andere antibiotica ontdekt. De meeste, waaronder aureomycine en streptomycine, zijn het product van microbiële synthese. Andere, zoals de halfsynthetische penicillines en tetracyclines, worden gemaakt door chemische modificaties van antibiotica; en sommige, zoals chlooramfenicol, worden volledig door chemische synthese vervaardigd. Zij zijn even doeltreffend als penicilline bij het vernietigen van besmettelijke micro-organismen. Veel van deze antibiotica oefenen hun werking uit door de eiwitsynthese in micro-organismen te blokkeren.
Voorheen werden antibiotica beschouwd als wondermiddelen, die het aantal sterfgevallen als gevolg van bloedvergiftiging, longontsteking en andere infectieziekten aanzienlijk verminderden. Zo’n zeven decennia geleden ging iemand met een zware infectie bijna altijd dood. Tegenwoordig zijn dergelijke sterfgevallen zeldzaam. Zeven decennia geleden was longontsteking een gevreesde doodsoorzaak voor mensen van alle leeftijden. Vandaag is longontsteking de doodsoorzaak van alleen zeer oude mensen of mensen die ziek zijn door andere oorzaken. Antibiotica hebben in onze tijd inderdaad wonderen verricht, maar zelfs wondermiddelen hebben beperkingen. Niet lang nadat de medicijnen voor het eerst werden gebruikt, begonnen ziekteverwekkers stammen te ontwikkelen die resistent waren tegen de medicijnen. In een wedloop om resistente bacteriestammen voor te blijven, blijven wetenschappers zoeken naar nieuwe antibiotica. De penicillines zijn nu gedeeltelijk verdrongen door verwante verbindingen, zoals de cefalosporines en vancomycine. Helaas zijn sommige bacteriestammen al resistent gebleken tegen deze antibiotica.