Antybiotyki

Antybiotyki (z ,  „przeciw” i ,  „życie”) – naturalne wtórne produkty metabolizmu mikroorganizmów, które działając wybiórczo w niskich stężeniach wpływają na struktury komórkowe lub procesy metaboliczne innych mikroorganizmów, hamując ich wzrost i podziały. Antybiotyki są przedmiotem badań auksanografii, stosuje się je jako środki w leczeniu wszelkiego rodzaju zakażeń bakteryjnych. Bywają także używane profilaktycznie w zapobieganiu zakażeniom bakteryjnym w przypadku osłabienia odporności, na przykład neutropenii, a także w profilaktyce bakteryjnego zapalenia wsierdzia.

Pochodzenie słowa 
Nazwa odwołuje się do zabójczego dla żywych bakterii działania antybiotyków. Naukowcy wiedzieli już w XIX wieku, że niektóre organizmy przeciwdziałają rozwojowi bakterii. Zjawisko to nazwano antybiozą.

Historia 
Odkrycie pierwszego antybiotyku (penicyliny) zostało dokonane w 1928 roku przez Alexandra Fleminga, który zauważył, że przypadkowe zanieczyszczenie podłoża pleśnią  powstrzymuje wzrost kultur bakterii z rodzaju .

Oprócz pleśni zdolnością wytwarzania antybiotyków wyróżniają się promieniowce i niektóre bakterie.

Wkrótce po odkryciu penicyliny pojawiły się następne antybiotyki: naturalne, półsyntetyczne i syntetyczne. Wprowadzenie antybiotyków do lecznictwa było przełomem dającym lekarzom oręż do walki z chorobami zakaźnymi, które do tej pory były przyczyną śmierci i chorób setek milionów osób.

Pod względem budowy chemicznej antybiotyki należą do różnych grup związków organicznych. Z tysięcy naturalnie występujących antybiotyków zaledwie kilkadziesiąt mogło być włączonych do leczenia ludzi i zwierząt. Pozostałe nie znajdują zastosowania w medycynie ze względu na toksyczność lub działania niepożądane.

Mechanizm działania 

Działanie antybiotyków polega na powodowaniu śmierci komórki bakteryjnej (działanie bakteriobójcze) lub wpływaniu w taki sposób na jej metabolizm, aby ograniczyć jej możliwości rozmnażania się (działanie bakteriostatyczne).

Leczenie chorób zakaźnych polega na zabiciu mikroorganizmów wywołujących chorobę. Trudność terapii, z którą borykali się lekarze przed erą antybiotyków polegała na tym, żeby znaleźć środek jednocześnie zabójczy dla chorobotwórczych bakterii i bezpieczny dla gospodarza.
Antybiotyki zazwyczaj zakłócają procesy metaboliczne mikroorganizmów. Podstawą terapii antybiotykami jest zasada selektywnej toksyczności Ehrliha, zgodnie z którą antybiotykiem jest substancja, która w organizmie, w stężeniu nie wykazującym większej toksyczności dla ludzi i zwierząt wyższych, powoduje uszkodzenie lub śmierć mikroorganizmów. Można to osiągnąć przez stosowanie substancji oddziałujących na takie struktury, które są obecne w komórkach mikroorganizmów, a których nie ma w organizmie człowieka lub występują w nim w innej formie.

Główne mechanizmy działania antybiotyków to:
 zakłócanie syntezy ściany komórkowej bakterii, np. penicylina
 upośledzenie przepuszczalności błony komórkowej bakterii, np. gramicydyna
 zakłócanie syntezy kwasów nukleinowych:
 hamowanie biosyntezy folianów niezbędnych do syntezy DNA
 hamowanie na różnych etapach, np. trimetoprym
 hamowanie działania topoizomeraz, np. cyprofloksacyna
 Zakłócanie syntezy białek, np. streptomycyna

Osobnym problemem jest szkodliwość dla naturalnej flory bakteryjnej człowieka.

Podział 
(podział ze względu na budowę chemiczną)

Antybiotyki
 β-laktamy:
 penicyliny:
 penicyliny naturalne – penicylina benzylowa
 penicyliny „przeciwgronkowcowe” – oksacylina, nafcylina, metycylina
 aminopenicyliny – ampicylina, amoksycylina
 karboksypenicyliny – tykarcylina
 ureidopenicyliny – azlocylina
 piperazylopenicyliny – piperacylina
 amidynopenicyliny – mecylinam
 temocylina
 cefalosporyny (podział stanowiący połączenie tradycyjnych podziałów na 4–5 generacji lub 4 grupy):
 cefalosporyny grupy 0 – cefradyna, cefprozyl
 cefalosporyny grupy 1 – cefazolina
 cefalosporyny II generacji – cefuroksym, cefamandol, cefaklor
 cefalosporyny III generacji nieaktywne wobec  – cefotaksym, ceftriakson
 cefalosporyny III generacji aktywne wobec  – ceftazydym, cefoperazon
 cefalosporyny IV generacji – cefepim, ceftan
 cefalosporyny V generacji aktywne wobec  – ceftobiprol
 cefalosporyny V generacji nieaktywne wobec  – ceftarolina
 cefamycyny – cefoksytyna
 monobaktamy – aztreonam
 karbapenemy:
 karbapenemy grupy I – ertapenem
 karbapenemy grupy II – imipenem, meropenem, doripenem
 karbapenemy grupy III – tomopenem
 trinemy – sanfetrinem
 penemy – faropenem
 inhibitory β-laktamaz – same w sobie przeważnie nie mają aktywności bakteriobójczej, stosuje się je w połączeniu z innymi antybiotykami np. cefoperazon z sulbaktamem, amoksycylina z kwasem klawulanowym, piperacylina z tazobaktamem
 antybiotyki peptydowe
 polipeptydy:
 polimyksyny – kolistyna
 gramicydyny
 bacytracyna
 fusafungina
 streptograminy – chinuprystyna-dalfoprystyna
 glikopeptydy:
 I generacji – wankomycyna, teikoplanina
 II generacji – orytawancyna
 lipopeptydy – daptomycyna
 glikolipopeptydy – dalbawancyna, telawancyna
 glikolipodepsypeptydy – ramoplanina
 aminoglikozydy:
 aminoglikozydy streptydynowe – streptomycyna
 aminoglikozydy deoksystreptaminowe – gentamycyna, amikacyna, tobramycyna, netylmycyna
 aminocyklitole – spektynomycyna
 tetracykliny:
 tetracykliny właściwe – doksycyklina
 glicylocykliny – tygecyklina
 makrolidy:
 14-węglowe – erytromycyna, klarytromycyna
 15-węglowe – azytromycyna
 16-węglowe – spiramycyna
 ketolidy – telitromycyna
 18-węglowe (tiakumycyny) – difimycyna
 linkozamidy – klindamycyna, linkomycyna
 amfenikole – chloramfenikol
 ryfamycyny – ryfampicyna, ryfaksymina
 pleuromutyliny – retapamulina
 mupirocyna
 kwas fusydynowy

Leki przeciwprątkowe (leczenie zakażeń wywołanych przez prątki – np. gruźlicy):
 leki 1. rzutu – izoniazyd, ryfampicyna, pirazynamid, etambutol, streptomycyna
 leki 2. rzutu – etionamid, klofazymina, kanamycyna, kapreomycyna, amikacyna, tobramycyna, wiomycyna, kwas p-aminosalicylowy, cykloseryna, ofloksacyna, cyprofloksacyna, lewofloksacyna, moksyfloksacyna, klarytromycyna, azytromycyna, imipenem, cefoksytyna, doksycyklina, minocyklina, kotrimoksazol, tioacetazon, linezolid, ryfabutyna, ryfapentyna
 leki do leczenia trądu – dapson, acedapson, talidomid (tylko mężczyźni); w leczeniu trądu stosuje się także ryfampicynę i klofazyminę

Leki przeciwgrzybicze:
 antybiotyki polienowe – amfoterycyna B, nystatyna, natamycyna
 antybiotyki niepolienowe – gryzeofulwina
 leki azolowe:
 leki imidazolowe – ketokonazol
 leki triazolowe:
 I generacji – flukonazol, itrakonazol
 II generacji – worykonazol, rawukonazol, posakonazol (lek o najszerszym spektrum działania)
 echinokandyny – kaspofungina, anidulafungina, mikafungina
 allyloaminy – terbinafina
 5-fluorocytozyna
 amorolfina
 cyklopiroks
 tolnaftat
 jodek potasu

Antybiotyki można podzielić również według innych kryteriów, mających większe znaczenie ze względu na zastosowanie antybiotyków w terapii. Leki te różnią się między innymi:
 Wchłanianiem po podaniu doustnym. Antybiotyki wchłaniają się z jelit w różnym stopniu. Powoduje to konieczność podawania niektórych antybiotyków dożylnie lub domięśniowo.
 Antybiotyki dobrze wchłaniające się z przewodu pokarmowego: makrolidy, chloramfenikol, tetracykliny
 Antybiotyki słabo wchłaniające się z przewodu pokarmowego: ampicylina, gryzeofulwina, linkomycyna
 Antybiotyki nie wchłaniające się z przewodu pokarmowego (konieczne jest podawanie pozajelitowe): cefalosporyny IV generacji, większość aminoglikozydów, polimyksyny, monobaktamy, karbapenemy
 Łatwością przenikania do tkanek. Niektóre antybiotyki po wchłonięciu do układu krążenia pozostają w łożysku naczyniowym i słabo przenikają do tkanek organizmu. Ogranicza to możliwość ich stosowania w niektórych zakażeniach – np. jeśli zakażeniu ulegną płuca, antybiotyk o niskiej zdolności penetrowania tkanek nie będzie skutecznie niszczył mikroorganizmy, gdyż jego stężenie w miejscu działania będzie zbyt małe. Czynnikami decydującymi o zdolności przenikania do tkanek są: lipofilowość cząsteczki antybiotyku, stopień wiązania z białkami krwi, pH w miejscu docelowym i wiele innych. Ze względu na łatwość przenikania do tkanek antybiotyki można podzielić na:
 dobrze przenikające: tetracykliny, chloramfenikol, makrolidy
 słabo lub średnio przenikające: polimyksyny, gentamycyna, streptomycyna
 Drogą wydalania. Większość antybiotyków jest wydalana przez nerki z moczem. Tylko niektóre są wydalane z żółcią. Ma to znaczenie terapeutyczne, gdyż dobierając antybiotyk trzeba uwzględnić współistniejące choroby pacjenta, takie jak niewydolność nerek – w takim przypadku antybiotyki eliminowane droga nerkową mogą się kumulować w organizmie i powodować dodatkowe działania niepożądane.
 Antybiotyki wydalane z moczem: gentamycyna, wankomycyna, wiomycyna, chloramfenikol
 Antybiotyki wydalane z żółcią: ryfampicyna, makrolidy

Działania niepożądane 
Antybiotyki są lekami względnie mało toksycznymi, ich właściwości toksyczne są znacznie większe w stosunku do mikroorganizmu niż do organizmu gospodarza. Niemniej, niektóre antybiotyki mogą wywoływać działania niepożądane. Wyróżniamy trzy główne grupy niepożądanych działań antybiotyków:
 Bezpośrednie działanie toksyczne jest charakterystyczne dla danej grupy antybiotyków lub konkretnego leku. Do najważniejszych działań toksycznych należą:
 działanie nefrotoksyczne (na nerki) – wywołują je między innymi polimyksyny, aminoglikozydy
 działanie hepatotoksyczne (na wątrobę) – wywołują je między innymi tetracykliny, nowobiocyna
 działanie ototoksyczne (niszczą struktury ucha wewnętrznego) – wywołują je między innymi aminoglikozydy
 działanie toksyczne na szpik kostny – wywołują je między innymi chloramfenikol, nowobiocyna
 Reakcje uczuleniowe. Wiele antybiotyków wywołuje reakcje uczuleniowe. Ich siła i natężenie mogą być różne, od wysypek skórnych, przez obrzęki i gorączkę aż do wstrząsu anafilaktycznego (uczuleniowego) mogącego prowadzić nawet do śmierci. Najbardziej niebezpieczne są pod tym względem powszechnie stosowane penicyliny, dlatego przed ich podaniem powinno się wykonać test uczuleniowy.
 Dysbakteriozy i ich następstwa. Działaniem niepożądanym antybiotyków, zwłaszcza podawanych doustnie, jest możliwość zmniejszenia lub znacznego wytrzebienia naturalnej flory bakteryjnej człowieka. Konsekwencjami tego zjawiska mogą być zaburzenia trawienia i przyswajania składników odżywczych i następujące po tym niedobory (głównie witamin) oraz możliwość nadkażeń. Do nadkażeń może dochodzić w wyniku zajęcia przez obce, szkodliwe mikroorganizmy miejsca, w którym zazwyczaj żyją bakterie stanowiące naturalną, korzystną florę bakteryjną. Najczęściej są to zakażenia opornymi na antybiotyki gronkowcami lub pałeczkami lub zakażenia grzybicze. Tego typu nadkażenia mogą być bardzo niebezpieczne i prowadzić nawet do śmierci pacjenta.

Oporność na antybiotyki 

Oporność na antybiotyki jest cechą pewnych szczepów bakteryjnych, która umożliwia im przetrwanie w obecności antybiotyku. W zależności od pochodzenia, dzieli się ją na pierwotną (naturalna struktura bakterii uniemożliwiająca działanie leku) lub nabytą – na skutek nabycia genów oporności od innych bakterii lub spontanicznych mutacji. Częsta oporność wśród bakterii wiąże się z nieracjonalną antybiotykoterapią oraz zbyt dużym zużyciem tych leków w przemyśle spożywczym. W wielu krajach (np. USA) legalne jest też stosowanie niewielkich dawek antybiotyków podczas hodowli dla podniesienia masy trzody chlewnej. Dawki te są zbyt małe, aby zabić wszystkie bakterie, świetnie więc stymulują wyrobienie przez bakterie antybiotykooporności.

Wytwarzanie antybiotyków 
Naturalne antybiotyki są produkowane przez niektóre gatunki grzybów, szczególnie pleśni , oraz przez niektóre bakterie, np. z rzędu promieniowców. Syntetyzowane w ich organizmach antybiotyki nie są szkodliwe dla nich samych dzięki licznym mechanizmom obronnym.

Zdolność do wytwarzania antybiotyków jest ewolucyjnym przystosowaniem organizmów do życia w środowisku naturalnym. Daje posiadającym ją mikroorganizmom przewagę nad innymi, utrudniając wrażliwym szczepom wzrost i tym samym uniemożliwia im konkurowanie w walce o dostęp do pożywienia.

Produkcja przemysłowa 
Przemysł medyczny koncentruje się na wytwarzaniu antybiotyków półsyntetycznych:
 skuteczniejszych – silniejszych w działaniu i wykazujących szerszy zakres działania
 trwalszych chemicznie
 odporniejszych na β-laktamazy
 tańszych w produkcji

Niektóre antybiotyki uzyskuje się na skalę przemysłową metodami syntezy chemicznej. Wiele z nich jest produkowanych metodami biotechnologicznymi w wielkich fermentorach (bioreaktorach) o pojemności ok. 50 do 300 m³. W bioreaktorach przeprowadza się reakcje biosyntezy antybiotyków naturalnych przez odpowiednie mikroorganizmy oraz reakcje biotransformacji. Biotransformacja (w syntezie antybiotyków) polega na przekształceniu jednych związków chemicznych (substratów) w inne (produkty) za pomocą enzymów formie czystej, mikroorganizmów lub komórek organizmów wyższych.

Produkt, jaki możemy otrzymać z danego substratu, zależy od wielu czynników. Najważniejsze z nich to:
 rasa mikroorganizmu
 pH
 stężenie substratu
 użyte do hodowli składniki odżywcze i inne warunki hodowli
 użyte dodatkowe substancje, np. inhibitory enzymów

Zobacz też 

 probiotyki
 chemioterapeutyki
 choroby bakteryjne
 zależność bakterii od antybiotyku

Przypisy

Linki zewnętrzne 
 Narodowy Program Ochrony Antybiotyków – strategia walki z antybiotykoopornością w Polsce