Do Twojego zdrowia: Penicylina
Chemoterapia to strategiczne wykorzystanie substancji chemicznych (czyli leków) do niszczenia zakaźnych mikroorganizmów lub komórek rakowych bez powodowania nadmiernych szkód w innych, zdrowych komórkach gospodarza. Szlaki metaboliczne wszystkich żywych organizmów, od bakterii po człowieka, są dość podobne, dlatego poszukiwanie bezpiecznych i skutecznych środków chemioterapeutycznych jest trudnym zadaniem. Wiele dobrze poznanych leków chemioterapeutycznych działa poprzez hamowanie krytycznego enzymu w komórkach inwazyjnego organizmu.
Antybiotyk jest związkiem, który zabija bakterie; może pochodzić z naturalnego źródła, takiego jak pleśnie lub być syntetyzowany o strukturze analogicznej do naturalnie występującego związku antybakteryjnego. Antybiotyki nie stanowią dobrze zdefiniowanej klasy chemicznie powiązanych substancji, ale wiele z nich działa poprzez skuteczne hamowanie różnych enzymów niezbędnych do wzrostu bakterii.
Penicylina, jeden z najczęściej stosowanych antybiotyków na świecie, została przypadkowo odkryta przez Alexandra Fleminga w 1928 roku, kiedy zauważył właściwości antybakteryjne w pleśni rosnącej na płytce do hodowli bakterii. W 1938 r. Ernst Chain i Howard Florey rozpoczęli intensywne prace nad wyizolowaniem penicyliny z pleśni i zbadaniem jej właściwości. Duże ilości penicyliny potrzebne do tych badań stały się dostępne dzięki opracowaniu pożywki na bazie kukurydzy, którą pleśń uwielbiała, oraz dzięki odkryciu szczepu pleśni o wyższej wydajności w ośrodku badawczym Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych w pobliżu Peoria, Illinois. Mimo to, dopiero w 1944 roku duże ilości penicyliny zostały wyprodukowane i udostępnione do leczenia infekcji bakteryjnych.
Penicylina działa poprzez zakłócanie syntezy ścian komórkowych rozmnażających się bakterii. Czyni to poprzez hamowanie enzymu – transpeptydazy – który katalizuje ostatni krok w biosyntezie ścian komórkowych bakterii. Uszkodzone ściany powodują rozerwanie komórek bakteryjnych. Komórki ludzkie nie są uszkodzone, ponieważ mają błony komórkowe, a nie ściany komórkowe.
Wyizolowano kilka naturalnie występujących penicylin. Wyróżniają się one różnymi grupami R połączonymi we wspólną strukturę: czteroczłonowy cykliczny amid (zwany pierścieniem laktamowym) połączony z pięcioczłonowym pierścieniem. Dodanie odpowiednich związków organicznych do podłoża hodowlanego prowadzi do wytworzenia różnych rodzajów penicylin.
Penicyliny są skuteczne wobec bakterii gram-dodatnich (bakterie zdolne do zabarwienia barwnikiem Grama) i kilku bakterii gram-ujemnych (m.in. bakteria jelitowa Escherichia coli). Są one skuteczne w leczeniu błonicy, rzeżączki, zapalenia płuc, kiły, wielu zakażeń ropnych i niektórych rodzajów czyraków. Penicylina G była najwcześniejszą penicyliną stosowaną na szeroką skalę. Nie może być ona jednak podawana doustnie, ponieważ jest dość niestabilna; kwaśne pH żołądka przekształca ją w nieaktywną pochodną. Główne penicyliny doustne – penicylina V, ampicylina i amoksycylina – są natomiast stabilne kwasowo.
Niektóre szczepy bakterii stają się oporne na penicylinę poprzez mutację, która pozwala im syntetyzować enzym – penicylinazę – który rozkłada antybiotyk (poprzez rozszczepienie wiązania amidowego w pierścieniu laktamowym). Aby zwalczyć te szczepy, naukowcy zsyntetyzowali analogi penicyliny (takie jak metycylina), które nie są inaktywowane przez penicylinazę.
Niektórzy ludzie (być może 5% populacji) są uczuleni na penicylinę i dlatego muszą być leczeni innymi antybiotykami. Ich reakcja alergiczna może być tak poważna, że może dojść do śmiertelnej śpiączki, jeśli penicylina zostanie im nieumyślnie podana. Na szczęście odkryto kilka innych antybiotyków. Większość z nich, w tym aureomycyna i streptomycyna, są produktami syntezy mikrobiologicznej. Inne, takie jak półsyntetyczne penicyliny i tetracykliny, powstają w wyniku chemicznej modyfikacji antybiotyków, a niektóre, jak chloramfenikol, są wytwarzane całkowicie na drodze syntezy chemicznej. Są one równie skuteczne jak penicylina w niszczeniu zakaźnych mikroorganizmów. Wiele z tych antybiotyków wywiera swoje działanie poprzez blokowanie syntezy białek w mikroorganizmach.
Początkowo antybiotyki były uważane za cudowne leki, znacznie zmniejszające liczbę zgonów z powodu zatrucia krwi, zapalenia płuc i innych chorób zakaźnych. Jakieś siedem dekad temu osoba z poważną infekcją prawie zawsze umierała. Dziś takie zgony są rzadkością. Siedemdziesiąt lat temu zapalenie płuc było strasznym zabójcą ludzi w każdym wieku. Dziś zabija ono tylko osoby bardzo stare lub chore z innych przyczyn. Antybiotyki rzeczywiście zdziałały cuda w naszych czasach, ale nawet cudowne leki mają ograniczenia. Niedługo po pierwszym zastosowaniu leków organizmy chorobotwórcze zaczęły rozwijać szczepy odporne na ich działanie. W wyścigu, aby wyprzedzić oporne szczepy bakterii, naukowcy wciąż poszukują nowych antybiotyków. Obecnie penicyliny zostały częściowo wyparte przez pokrewne im związki, takie jak cefalosporyny i wankomycyna. Niestety, niektóre szczepy bakterii wykazały już odporność na te antybiotyki.