materiały - Zakład Biotechnologii i Inżynierii Genetycznej

Biotechnologia leków
Zakład Biotechnologii i Inżynierii Genetycznej SUM, 2014/15
CHARAKTERYSTYKA LEKÓW PRZECIWGRZYBICZYCH
Antybiotyki stanowią cenną grupę chemioterapeutyków stosowanych w leczeniu grzybic, które są
coraz częstszą przyczyną schorzeń u ludzi, zwierząt i roślin. Ma to ścisły związek z zachwianiem równowagi
biocenotycznej i osłabieniem odporności organizmów. Większość schorzeń grzybiczych ma charakter
powierzchniowy, często występują również grzybice narządowe, wieloogniskowe i uogólnione, bardzo
niebezpieczne dla organizmu, w którym się rozwijają. Jak dotychczas, brak jest jednak skutecznych i mało
toksycznych antybiotyków przeciwgrzybowych. Do największych wad tej grupy leków należą:

duża toksyczność,

wąskie spektrum aktywności,

mała aktywność,

często działanie jedynie fungistatyczne,

słaba rozpuszczalność,

pojawianie się szczepów opornych,

nie zawsze wygodna forma leku.
Podział leków przeciwgrzybiczych, ze względu na ich strukturę chemiczną:
1. Antybiotyki polienowe – np. amforterycyna B, nystatyna, natamycyna
2. Antybiotyki niepolienowe – np. gryzeofulwina
3. Azole
(syntetyczne
o 5-członowym
pierścieniu):
imidazole
(np.
ketokonazol), triazole
(np. flukonazol)
4. Antymetabolity – 5-fluorocytozyna
ANTYBIOTYKI POLIENOWE
Polieny są naturalnymi antybiotykami wytwarzanymi przez promieniowce, np. Streptomyces nursei
(nystatyna i polifungina), Streptomyces nodosus (amfoterycyna), Streptomyces natalensis (natamycyna).
Charakteryzują się wysoką aktywnością biologiczną w stosunku do większości grzybów, drożdżaków,
niektórych pierwotniaków i glonów. Dodatkowo, mogą działać przeciwnowotworowo oraz synergistycznie z
cytostatykami i niepolienowymi związkami przeciwgrzybicznymi. Niektóre z nich mają właściwości
przeciwwirusowe i larwobójcze, działają także kardiotonicznie (hamycyna), obniżają poziom lipidów i
cholesterolu we krwi (amfoterycyna B), a inne aktywne są jako immunoadjuwanty czy środki uspokajające.
Zbudowane są z makrolidowego pierścienia, zamkniętego przez utworzenie estru lub laktonu,
zawierającego dużą liczbę wiązań podwójnych oraz grup hydroksylowych, których rozmieszczenie decyduje
o hydrofilowym lub -fobowym charakterze cząsteczki, co z kolei odgrywa dużą rolę w interakcji antybiotyku
z błoną komórkową. Ich grzybobójcza aktywność jest tym wyższa, im większy jest pierścień laktonowy oraz
1
Biotechnologia leków
Zakład Biotechnologii i Inżynierii Genetycznej SUM, 2014/15
stopień jego nienasycenia, a niezbędnym warunkiem ich aktywności jest zachowanie nienaruszonej struktury
pierścienia makrolidowego i chromoforu ze sprzężonymi wiązaniami podwójnymi.
Mechanizm ich działania opiera się na wiązaniu ze steroidami błony komórkowej, co prowadzi
do wzrostu jej przepuszczalności, uwolnieniu jonów potasu i aminocukrów z komórki oraz zaburzenia
procesów metabolicznych, których efektem jest śmierć komórki. Toksyczność antybiotyków polienowych
wynika z ich działania ukierunkowanego na sterole (ergosterol) błony komórkowej, które występują nie tylko
u grzybów, ale również u ssaków. Przyczynia się to do znacznej toksyczności tej grupy związków.
Wśród innych sposobów działania leków przeciwgrzybicznych wyróżnia się:

zakłócanie syntezy chityny oraz innych polisacharydów (np. β-glukanu) ściany komórkowej –
np. mykolaza, echinokandyna B

inhibicja syntezy kwasów nukleinowych – lomofungina, damawarycyna

inhibicja syntezy innych makrocząsteczek komórkowych – blastycydyna, sinefungina

hamowanie podziału jądra komórkowego – gryzeofulwina.
ANTYBIOTYKI O BUDOWIE NIEPOLIENOWEJ
Wspólną cechą związków
należących do
tej grupy
jest
aktywność przeciwgrzybowa
o zróżnicowanym zakresie działania. Są to m. in. stosowane w lecznictwie – gryzeofulwina i nifimycyna
oraz stosowane głównie w ochronie roślin aktydion (cykloheksymid, produkowany przez S. griseus)
czy polioksyny.
Gryzeofulwina, produkowana przez Penicillium griseofulvum, jest jednym z nielicznych związków
naturalnych, w strukturze którego znajduje się chlor. Jest trwałym i trudno rozpuszczalnym antybiotykiem, o
względnie małej toksyczności, stosowanym szczególnie w leczeniu grzybicy skóry.
AZOLE
Są związkami o działaniu grzybostatycznym (tiokonazol – grzybobójczy). Działają hamująco na
procesy biosyntezy ergosterolu w błonach komórkowych grzybów oraz zaburzają syntezę fosfolipidów.
Zwiększają przepuszczalność ściany komórkowej, a także mogą zmieniać aktywność oksydaz i dehydrogenaz,
co prowadzi do zniszczenia organelli wewnątrzkomórkowych.
ANTYMETABOLITY
Flucytozyna (5-fluorocytozyna), jedyny przedstawiciel tej grupy, przenika do wnętrza komórki dzięki
aktywności permeazy cytozynowej, enzymu odpowiedzialnego również za czynny transport adeniny i
cytozyny. W komórce powstały związek może ulegać następującym reakcjom:
2
Biotechnologia leków
Zakład Biotechnologii i Inżynierii Genetycznej SUM, 2014/15

redukcji do fluorouracylu, w wyniku działania deaminazy cytozynowej, który wbudowując się w RNA,
blokuje syntezę białka

przekształceniu do fluorodeoksyurydyny, która powoduje zaburzenie replikacji DNA.
Biosynteza i biotechnologia antybiotyków polienowych
Biogeneza części aglikonowej antybiotyków polienowych łączy się ze szlakiem syntezy kwasów
tłuszczowych (szlak poliketydowy) – wykorzystywane są te same prekursory, natomiast w biosyntezie
uczestniczą inne, specyficzne układy enzymatyczne. Bezpośrednimi prekursorami są propionylo-CoA,
malonylo-CoA i metylomalonylo-CoA, których dostępność uwarunkowana jest głównie aktywnością dwóch
enzymów: karboksylazy fosfoenolopirogronianowej, katalizującej reakcję wiązania CO2 przez PEP z
wytworzeniem szczawiooctanu oraz karboksytransferazy metylmalonylo-CoA, przenoszącej grupę
karboksylową ze szczawiooctanu na propionylo-CoA, czego efektem jest utworzenie metylmalonylo-CoA.
Czynnikiem regulującym biosyntezę polienów jest poziom NADPH2. Wysokie stężenie tego związku w
fazie wzrostowej hodowli sprzyja syntezie kwasów tłuszczowych, natomiast w idiofazie następuje przewaga
formy utlenionej NADP+, co stanowi czynnik stymulujący produkcję antybiotyków polienowych.
Dobrym źródłem węgla w podłożu do produkcji polienów jest glukoza, lecz jej stężenie wyższe niż 15
g/l może powodować represję kataboliczną biosyntezy. Równie ważne jest utrzymanie stężenia fosforanów
na poziomie ok. 2 mmol/l. Nystatyna (optimum temperaturowe syntezy to 28°C) gromadzi się wewnątrz
komórek producenta, podobnie jak amfoterycyna (optimum hodowli 25°C), której część jest wydzielana
również do podłoża. Sposób produkcji warunkuje późniejszą metodę wyodrębnienia antybiotyku z hodowli
(ekstrakcję z grzybni, z całości hodowli lub osobno z grzybni i przesączu).
3