II. CZĘŚĆ TEORETYCZNA
II.3. Gruźlica i jej zagroŜenia w świetle narastającej lekooporności bakterii
II.3.1. Mechanizmy oporności prątków Mycobacterium tuberculosis na stosowane leki
Izoniazyd jest jednym z najefektywniejszych leków, który wykazuje swoiste działanie względem Mycobacterium tuberculosis, będąc mało skutecznym w stosunku do bakterii gramujemnych i pozostałych bakterii gramdodatnich. INH jest prolekiem wymagającym do aktywacji enzymu bakteryjnego o aktywności katalazy i peroksydazy (KasaA). Powstały produkt hamuje aktywność enzymu zwanego KatG (syntazy β-ketoacylo-ACP), który uczestniczy w biosyntezie kwasów mikolowych, współtworzących ścianę komórkową prątków. Głównym mechanizmem oporności szczepów M. tuberculosis na INH jest utrata aktywności KatG w wyniku mutacji. Szczepy oporne na INH o niezmienionej aktywności KatG często wytwarzają białko KasaA ze zmienioną sekwencją aminokwasów. Mutacje w komórkach M. tuberculosis mogą występować równieŜ w genach uczestniczących w szlaku biosyntezy kwasów mikolowych, przede wszystkim w genie inhA, kodującym zaleŜną od ATP reduktazę enoilo-ACP, oraz w aphC. Mutacje w genie inhA nadają komórkom opornym na INH oporność krzyŜową na etionamid, będący pochodną kwasu izonikotynowego, który równieŜ hamuje powstawanie kwasów mikolowych.34
Do chemioterapeutyków specyficznie działających na przedstawicieli z rodzaju Mycobacterium naleŜy równieŜ etambutol, analog arabinozy hamujący funkcje arabinotransferaz uczestniczących w biosyntezie enzymu typu III, który bierze udział w powstawaniu arabinogalaktanu ściany komórkowej. Oporność na etambutol jest wynikiem spontanicznych mutacji w genach prątków kodujących produkty wraŜliwe na działanie tego leku. Na podstawie analizy fluktuacyjnej wykazano, Ŝe częstość tych mutacji wynosi 10-7 w czasie jednej generacji.34
Pirazynamid (PZA), podobnie jak izoniazyd i etionamid, jest syntetycznym analogiem nikotynamidu. Wyniki badań wskazują, iŜ tak jak INH jest prolekiem, który w wyniku deaminacji katalizowanej przez pirazynamidazę ulega w komórce prątka modyfikacji do kwasu pirazynowego. Wiedza na temat powstawania oporności prątków względem PZA jest niewielka. Wiadomo, Ŝe oporności towarzyszy utrata przez komórkę bakteryjną aktywności pirazynamidazy i nikotynamidazy, które warunkuje gen pncA.34
Antybiotyki z grupy cyklicznych oligopeptydów działające bakteriostatycznie na prątki to kapreomycyna i wiomycyna. Mechanizm przeciwprątkowej aktywności wiomycyny polega na hamowaniu translokacji peptydylo-tRNA z miejsca A do miejsca P na rybosomie, natomiast w większych stęŜeniach hamuje powstawanie kompleksu inicjacyjnego.
Wiomycyna stosowana jest rzadko, głównie ze względu na nefro- i ototoksyczność.
Kapreomycyna, mimo podobnych skutków ubocznych, jest nadal stosowana, lecz mechanizm jej działania nie jest do końca poznany. Oporność na oba antybiotyki jest stosunkowo rzadka, co moŜe być związane z ograniczonym ich stosowaniem. Wiadomo jednak, Ŝe oporność na wiomycynę wynika z braku wiązania z podjednostką 30S rybosomu, za co odpowiedzialne są zmiany w rRNA.34
Antybiotyki aminoglikozydowe są wytwarzane przez promieniowce lub na drodze syntezy chemicznej. Wśród leków przeciwprątkowych do grupy tej naleŜy streptomycyna, amikacyna oraz kanamycyna. Z punktu widzenia zastosowania w lecznictwie charakteryzują je niekorzystne właściwości, takie jak pojawiające się z duŜą częstotliwością mutanty oporne na te antybiotyki oraz moŜliwość uszkodzenia nerek i aparatu słuchowego po ich zastosowaniu. Streptomycyna swoiście wiąŜe się do podjednostki 30S rybosomu, która jest zbudowana z 16S rRNA oraz 21 róŜnych białek, do których powinowactwo wykazują inne aminoglikozydy. Była ona początkowo szeroko stosowana nie tylko jako lek przeciw prątkom gruźlicy, ale takŜe przeciw bakteriom gramujemnym. Długotrwałe podawanie tego antybiotyku w terapii gruźlicy sprzyjało powstawaniu szczepów opornych. Oporność bakterii na aminoglikozydy związana jest z jednym z następujących mechanizmów:
● działaniem enzymów inaktywujących antybiotyk,
● enzymatyczną modyfikacją 16S rRNA,
● mutacyjną zmianą struktury rybosomu (białka, 16S rRNA),
● zmianą w przepuszczalności osłon bakteryjnych dla leku,
● enzymatyczną modyfikacją antybiotyku.
Przyczyną oporności bakterii na streptomycynę jest najczęściej inaktywacja enzymatyczna antybiotyku na drodze acetylacji z udziałem N-acetylotransferazy aminoglikozydowej, adenylacji z udziałem O-adenylotransferazy aminoglikozydowej i fosforylacji z udziałem O-fosfotransferazy aminoglikozydowej.34
Oporność na rifampicynę, naleŜącą do grupy antybiotyków hamujących syntezę i funkcje kwasów nukleinowych, równieŜ wzrasta i jest związana ze zmianami w pojedynczych parach zasad w centralnym obszarze genu strukturalnego podjednostki β polimerazy RNA.
Scharakteryzowano około 40 typów mutacji punktowych, insercji i delecji w tym obszarze, co moŜe powodować brak wiązania rifampicyny do polimerazy RNA.34
Do leków przeciwgruźliczych dołączono równieŜ powstałe w latach osiemdziesiątych fluorochinolony o właściwościach bakteriobójczych, które podobnie jak rifampicyna hamują
na inne chemioterapeutyki, najpowszechniejszy typ oporności związany jest z mutacją genów kodujących topoizomerazy bakteryjne, będące punktami ich uchwytu. Oporność prątków gruźlicy na fluorochinolony związana jest równieŜ z aktywnością białek o właściwościach pomp naleŜących do typu MFS (major facilitator superfamily), które rozpoznają chemioterapeutyk i usuwają go z cytoplazmy.34
Inny mechanizm aktywności przeciwprątkowej wykazuje D-cykloseryna, która ze względu na liczne i uciąŜliwe objawy uboczne stosowana jest dopiero w drugim rzucie.
Antybiotyk ten działa jako kompetytywny inhibitor racemazy alaninowej i syntetazy D-alanylo-D-alaninowej, czyli enzymów niezbędnych do wytworzenia prawidłowych łańcuchów peptydowych mureiny, blokując tym samym pierwszy etap jej syntezy. Mutanty oporne na cykloserynę wykazują zaburzenia w funkcjonowaniu systemu transportu alanyloglicyny do komórki, co wskazuje na udział tego systemu równieŜ w pobieraniu D-cykloseryny.34
Wzory stosowanych leków przeciwgruźliczych
Jednym z głównych podejść do problemu uzyskania syntetycznych leków przeciwgruźliczych jest projektowanie związków o strukturach zbliŜonych do juŜ istniejących tuberkulostatyków. Od wielu lat trwają poszukiwania analogów klasycznych leków, które
umoŜliwiłyby skuteczniejsze i szybsze zwalczanie gruźlicy i jej lekooporności. W następnym podrozdziale przedstawiono waŜniejsze osiągnięcia w tej dziedzinie.