Scholar Hub/Chủ đề/#beta lactam/
Beta-lactam là nhóm hóa chất, nổi bật với kháng sinh như penicillin, cephalosporin, dùng rộng rãi nhờ tác động kháng khuẩn mạnh và tổng hợp dễ. Cấu trúc gồm vòng β-lactam với nitrogen và carbonyl, ngăn chặn tổng hợp thành tế bào vi khuẩn bằng cách liên kết với protein liên kết penicillin. Kháng sinh beta-lactam gồm penicillin, cephalosporin, monobactam, carbapenem, nhưng đối mặt với vi khuẩn kháng qua enzyme beta-lactamase. Để giải quyết, đã phát triển chất ức chế enzyme này. Chúng điều trị nhiễm khuẩn hô hấp, tiêu hóa, tiết niệu hiệu quả, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Giới thiệu về Beta-lactam
Beta-lactam là một nhóm lớn các hợp chất hóa học, trong đó nổi bật nhất là các kháng sinh như penicillin, cephalosporin, monobactam và carbapenem. Tên gọi "beta-lactam" bắt nguồn từ vòng lactam bốn thành, một hợp chất dị vòng với một nhóm carbonyl gắn vào nguyên tử nitrogen trong chuỗi. Rất nhiều kháng sinh thuộc nhóm này được sử dụng rộng rãi trong y học nhờ tác dụng kháng khuẩn mạnh mẽ và quá trình tổng hợp sinh học tương đối dễ dàng.
Cấu trúc và Cơ chế Tác động
Cấu trúc cơ bản của các hợp chất beta-lactam bao gồm vòng β-lactam, một cấu trúc 4 thành phần đặc trưng gồm một nguyên tử nitrogen và một nhóm carbonyl. Cơ chế tác động của các kháng sinh beta-lactam chủ yếu là ngăn chặn quá trình tổng hợp của thành tế bào vi khuẩn. Chúng liên kết với các protein liên kết penicillin (PBP) có vai trò xúc tác tạo cấu trúc vật liệu cho vách tế bào vi khuẩn, dẫn đến sự phá vỡ thành tế bào và tiêu diệt vi khuẩn.
Phân loại Beta-lactam
Các kháng sinh beta-lactam được chia thành nhiều nhóm chính như sau:
- Penicillin: Là loại kháng sinh beta-lactam đầu tiên được phát hiện. Penicillin hoạt động chống lại nhiều loại vi khuẩn Gram dương và một số vi khuẩn Gram âm.
- Cephalosporin: Có cấu trúc hóa học gần giống penicillin nhưng mở rộng hơn về mặt hoạt tính kháng khuẩn, bao gồm cả với nhiều vi khuẩn Gram âm.
- Monobactam: Là nhóm beta-lactam với cấu trúc chỉ có một vòng lactam duy nhất, như aztreonam. Chúng có khả năng chống lại vi khuẩn Gram âm.
- Carbapenem: Là loại kháng sinh có phổ rộng nhất trong nhóm beta-lactam, sử dụng để điều trị các loại vi khuẩn kháng thuốc mạnh.
Kháng Kháng sinh và Ứng dụng Lâm sàng
Một trong những thách thức lớn của việc sử dụng kháng sinh beta-lactam là sự gia tăng của các chủng vi khuẩn kháng thuốc. Các enzyme beta-lactamase do vi khuẩn tiết ra có thể phá hủy vòng beta-lactam, làm mất hiệu quả kháng sinh. Để giải quyết vấn đề này, người ta đã phát triển các chất ức chế beta-lactamase như clavulanate, sulbactam và tazobactam, nhằm giữ nguyên hoạt tính của β-lactam.
Kháng sinh beta-lactam được ứng dụng rộng rãi trong điều trị nhiều loại nhiễm khuẩn, bao gồm nhiễm khuẩn hô hấp, tiêu hóa, tiết niệu và các bệnh truyền nhiễm khác. Nhờ vào hiệu quả cao và độ an toàn tương đối, chúng thường là lựa chọn hàng đầu cho nhiều bác sĩ trong quá trình điều trị.
Kết luận
Beta-lactam đóng vai trò quan trọng trong y học hiện đại thông qua khả năng giúp kiểm soát và tiêu diệt vi khuẩn. Mặc dù đối mặt với thách thức từ kháng kháng sinh, các nhóm nghiên cứu không ngừng phát triển những phương pháp mới để tối ưu hóa và tăng cường hiệu quả của các kháng sinh này. Sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế tác động và quản lý hợp lý sẽ tiếp tục là nền tảng trong bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Low-affinity penicillin-binding protein associated with beta-lactam resistance in Staphylococcus aureus Journal of Bacteriology - Tập 158 Số 2 - Trang 513-516 - 1984
Methicillin resistance in Staphylococcus aureus has been associated with alterations in the penicillin-binding proteins (PBPs). An intriguing property of all methicillin-resistant staphylococci is the dependence of resistance on the pH value of the growth medium. Growth of such bacteria at pH 5.2 completely suppressed the expression of methicillin resistance. We have examined the PBP patterns of methicillin-resistant staphylococci grown at pH 7.0. We detected a high-molecular-weight PBP (PBP-2a; approximate size, 78,000 daltons) that was only present in the resistant bacteria but not in the isogenic sensitive strain. In cultures grown at pH 5.2, the extra PBP was not detectable.
Clavulanic Acid: a Beta-Lactamase-Inhibiting Beta-Lactam from <i>Streptomyces clavuligerus</i> Antimicrobial Agents and Chemotherapy - Tập 11 Số 5 - Trang 852-857 - 1977
A novel β-lactamase inhibitor has been isolated from
Streptomyces clavuligerus
ATCC 27064 and given the name clavulanic acid. Conditions for the cultivation of the organism and detection and isolation of clavulanic acid are described. This compound resembles the nucleus of a penicillin but differs in having no acylamino side chain, having oxygen instead of sulfur, and containing a β-hydroxyethylidine substituent in the oxazolidine ring. Clavulanic acid is a potent inhibitor of many β-lactamases, including those found in
Escherichia coli
(plasmid mediated),
Klebsiella aerogenes, Proteus mirabilis
, and
Staphylococcus aureus
, the inhibition being of a progressive type. The cephalosporinase type of β-lactamase found in
Pseudomonas aeruginosa
and
Enterobacter cloacae
P99 and the chromosomally mediated β-lactamase of
E. coli
are less well inhibited. The minimum inhibitory concentrations of ampicillin and cephaloridine against β-lactamase-producing, penicillin-resistant strains of
S. aureus, K. aerogenes, P. mirabilis
, and
E. coli
have been shown to be considerably reduced by the addition of low concentrations of clavulanic acid.
Imipenem resistance in Klebsiella pneumoniae is associated with the combination of ACT-1, a plasmid-mediated AmpC beta-lactamase, and the foss of an outer membrane protein Antimicrobial Agents and Chemotherapy - Tập 41 Số 3 - Trang 563-569 - 1997
Six Escherichia coli and 12 Klebsiella pneumoniae isolates from a single hospital expressed a common beta-lactamase with a pI of approximately 9.0 and were resistant to cefoxitin and cefotetan (MIC ranges, 64 to > 128 and 16 to > 128 micrograms/ml, respectively). Seventeen of the 18 strains produced multiple beta-lactamases. Most significantly, three K. pneumoniae strains were also resistant to imipenem (MICs, 8 to 32 micrograms/ml). Spectrophotometric beta-lactamase assays with purified enzyme indicated hydrolysis of cephamycins, in addition to cephaloridine and benzylpenicillin. The 4ene encoding the pI 9.0 beta-lactamase (designated ACT-1 for AmpC type) was cloned and sequenced, which revealed an ampC-type beta-lactamase gene that originated from Enterobacter cloacae and that had 86% sequence homology to the P99 beta-lactamase and 94% homology to the partial sequence of MIR-1. Southern blotting revealed that the gene encoding ACT-1 was on a large plasmid in some of the K. pneumoniae strains as well as on the chromosomes of all of the strains, suggesting that the gene is located on an easily mobilized element. Outer membrane protein profiles of the K. pneumoniae strains revealed that the three imipenem-resistant strains were lacking a major outer membrane protein of approximately 42 kDa which was present in the imipenem-susceptible strains. ACT-1 is the first plasmid-mediated AmpC-type beta-lactamase derived from Enterobacter which has been completely sequenced. This work demonstrates that in addition to resistance to cephamycins, imipenem resistance can occur in K. pneumoniae when a high level of the ACT-1 beta-lactamase is produced in combination with the loss of a major outer membrane protein.
