Οι βήτα-λακτάμες αποτελούν μια μεγάλη κατηγορία αντιβιοτικών που είναι από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα στη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων. Η κύρια δομή τους, ο βήτα-λακταμικός δακτύλιος, είναι κρίσιμη για τη δράση τους. Οι βήτα-λακτάμες περιλαμβάνουν πενικιλίνες, κεφαλοσπορίνες, καρβαπενέμες και μονοβακτάμες.
Ιστορία των Βήτα-Λακταμών
Η ιστορία των βήτα-λακταμικών αντιβιοτικών ξεκινά με την ανακάλυψη της πενικιλίνης, του πρώτου βήτα-λακταμικού αντιβιοτικού, από τον Sir Alexander Fleming το 1928. Ο Fleming παρατήρησε τυχαία ότι η καλλιέργεια βακτηρίων που είχε μολυνθεί από μύκητα Penicillium notatum παρουσίαζε αναστολή της βακτηριακής ανάπτυξης γύρω από τον μύκητα. Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε στη μόνωση της πενικιλίνης, η οποία αποτέλεσε το πρώτο αντιβιοτικό της κατηγορίας των βήτα-λακταμικών φαρμάκων.
Η πενικιλίνη έγινε ευρέως διαθέσιμη τη δεκαετία του 1940 και έπαιξε κρίσιμο ρόλο στη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων κατά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, σώζοντας αμέτρητες ζωές.
Το δεύτερο βήτα-λακταμικό αντιβιοτικό που ανακαλύφθηκε ήταν η κεφαλοσπορίνη, η οποία απομονώθηκε το 1948 από τον Ιταλό μικροβιολόγο Giuseppe Brotzu από τον μύκητα Acremonium chrysogenum (παλαιότερα γνωστό ως Cephalosporium). Ο Brotzu ανακάλυψε ότι αυτός ο μύκητας είχε τη δυνατότητα να παράγει μια ουσία που ανέστελλε την ανάπτυξη των βακτηρίων, ακόμα και αυτών που ήταν ανθεκτικά στην πενικιλίνη. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη των κεφαλοσπορινών, που ανήκουν στην ίδια οικογένεια με τις πενικιλίνες αλλά έχουν ευρύτερο φάσμα δράσης.
Η ανακάλυψη αυτών των δύο φαρμάκων άνοιξε τον δρόμο για την ανάπτυξη και άλλων βήτα-λακταμικών αντιβιοτικών, όπως οι καρβαπενέμες και οι μονοβακτάμες, τα οποία έχουν παίξει σημαντικό ρόλο στην αντιμετώπιση ανθεκτικών βακτηριακών λοιμώξεων
Μηχανισμός δράσης
Ο βασικός μηχανισμός δράσης τους στηρίζεται στην αναστολή της σύνθεσης του κυτταρικού τοιχώματος των βακτηρίων. Τα βακτήρια χρειάζονται το κυτταρικό τους τοίχωμα για να προστατεύονται και να διατηρούν το σχήμα τους. Οι βήτα-λακτάμες αναστέλλουν τα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση αυτού του τοιχώματος (πρωτεΐνες δέσμευσης πενικιλίνης – Penicillin Binding Proteins), με αποτέλεσμα την αποδυνάμωση του κυτταρικού τοιχώματος και τον τελικό θάνατο του βακτηρίου.Αυτό το πετυχαίνουν μέσω του βήτα-λακταμικού δακτυλίου
Ο βήτα-λακταμικός δακτύλιος είναι μια χημική δομή που αποτελείται από τέσσερα άτομα: τρία άτομα άνθρακα και ένα άτομο αζώτου. Η σύνδεσή τους σχηματίζει έναν τετραμελή δακτύλιο, με έναν διπλό δεσμό οξυγόνου που συνδέεται με έναν από τους άνθρακες. Η χαρακτηριστική αυτή δομή είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη δράση των βήτα-λακταμικών αντιβιοτικών, καθώς αυτή η δομή αναστέλλει τη λειτουργία των πρωτεϊνών δέσμευσης πενικιλίνης (PBPs), που εμπλέκονται στη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος των βακτηρίων.
Ανθεκτικότητα στα βήτα-λακταμικά αντιβιοτικά
Τα βακτήρια μπορούν να αναπτύξουν ανθεκτικότητα στις βήτα-λακτάμες μέσω παραγωγής βήτα-λακταμασών, ενζύμων που καταστρέφουν τον βήτα-λακταμικό δακτύλιο. Για την καταπολέμηση αυτής της ανθεκτικότητας, συχνά συνδυάζονται οι βήτα-λακτάμες με αναστολείς βήτα-λακταμασών, όπως το κλαβουλανικό οξύ.
Ένα παράδειγμα συνδυασμού βήτα-λακτάμης με αναστολέα βήτα-λακταμασών είναι το εμπορικό σκεύασμα Augmentin, το οποίο περιέχει αμοξικιλλίνη (βήτα-λακτάμη) και κλαβουλανικό οξύ (αναστολέα βήτα-λακταμασών). Ο συνδυασμός αυτός επιτρέπει στην αμοξικιλλίνη να είναι αποτελεσματική έναντι βακτηρίων που παράγουν βήτα-λακταμάσες, ένζυμα που θα μπορούσαν να την απενεργοποιήσουν αν χρησιμοποιούνταν από μόνη της.
Πίνακας με τα Βήτα-Λακτάμικά αντιβιοτικά
| Kατηγορία | Παραδείγματα |
|---|---|
| Πενικιλίνες | -Πενικιλίνη G -Πενικιλίνη V -Βενζαθινική Πενικιλίνη -Προκαϊνική Πενικιλίνη |
| Αμινοπενικιλίνες | -Αμοξικιλλίνη -Αμπικιλλίνη |
| Ανθεκτικές στις Πενικιλινάσες (Αντισταφυλοκοκκικές Πενικιλίνες) | -Οξακιλλίνη -Κλοξακιλλίνη -Δικλοξακιλλίνη -Μεθικιλλίνη -Ναφκιλλίνη |
| Αντιψευδομονικές Πενικιλίνες | -Καρβενικιλλίνη -Τικαρκιλλίνη -Πιπερακιλλίνη -Αζλοκιλλίνη |
| Κεφαλοσπορίνες 1ης Γενιάς | -Κεφαλεξίνη -Κεφαζολίνη -Κεφαδροξίλη |
| Κεφαλοσπορίνες 2ης Γενιάς | -Κεφοξιτίνη -Κεφουροξίμη -Κεφακλόρη -Κεφοτετάνη -Κεφαμανδόλη |
| Κεφαλοσπορίνες 3ης Γενιάς | -Κεφτριαξόνη -Κεφοταξίμη -Κεφταζιδίμη Κεφδιτορένη, Κεφτιμπουτένη, Κεφποδοξίμη, Κεφνιδορένη, -Κεφδεζιμή |
| Κεφαλοσπορίνες 4ης Γενιάς | -Κεφεπίμη -Κεφπιρόμη |
| Κεφαλοσπορίνες 5ης Γενιάς | Ceftaroline, Ceftobiprole |
| Καρβαπενέμες | -Ιμιπενέμη -Μεροπενέμη -Ερταπενέμη -Ντοριπενέμη |
| Μονοβακτάμες | Αζτρεονάμη |
| Συνδυασμοί με Αναστολείς Βήτα-Λακταμασών | Αμοξικιλλίνη/Κλαβουλανικό, Αμπικιλλίνη/Σουλβακτάμη, Πιπερακιλλίνη/Ταζομπακτάμη, Τικαρκιλλίνη/Κλαβουλανικό, Κεφτολοζάνη/Ταζομπακτάμη, Ιμιπενέμη/Σιλαστατίνη |
Σημειώσεις:
- Πενικιλίνες: Περιλαμβάνουν τις φυσικές πενικιλίνες όπως η Πενικιλίνη G και V, καθώς και μακράς δράσης μορφές όπως η Βενζαθινική Πενικιλίνη.
- Αμινοπενικιλίνες: Διαθέτουν ευρύτερο φάσμα δράσης έναντι Gram-αρνητικών οργανισμών σε σχέση με τις φυσικές πενικιλίνες.
- Αντισταφυλοκοκκικές Πενικιλίνες: Σχεδιασμένες να είναι ανθεκτικές στις βήτα-λακταμάσες των σταφυλοκόκκων.
- Αντιψευδομονικές Πενικιλίνες: Ευρύ φάσμα που καλύπτει και ψευδομονάδες.
- Κεφαλοσπορίνες: Η κάθε γενιά έχει εξελικτικά ευρύτερο φάσμα δράσης. Οι κεφαλοσπορίνες 5ης γενιάς περιλαμβάνουν ακόμα και κάλυψη για ανθεκτικά Gram-θετικά βακτήρια, όπως ο MRSA.
- Καρβαπενέμες: Ιδιαίτερα ισχυρά αντιβιοτικά, με ευρύ φάσμα κάλυψης, συμπεριλαμβανομένων των ανθεκτικών Gram-αρνητικών βακτηρίων.
- Μονοβακτάμες: Επικεντρώνονται σε αερόβια Gram-αρνητικά βακτήρια.Χρησιμοποιούνται για λοιμώξεις σε άτομα με αλλεργία στις πενικιλίνες.
