Gentamicin. Av: Rebecka Rääf. Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutvecklingen. 5p, Nätkurs distans. Gentamicin

Transkript

1 Gentamicin Gentamicin Av: Rebecka Rääf Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutvecklingen. 5p, Nätkurs distans HT 2007

2 Innehållsförteckning 1. Historisk bakgrund 2 3. Biologisk aktivitet 3-4. Klinisk effekt och användning 4-5. Metodbeskrivning 6. Referenslista

3 Historisk bakgrund Gentamicin är ett antibiotikum ur samlingen aminoglykosider och upptäcktes samt isolerades för första gången 1963 av forskaren Weinstein. Den påträffades i en mikroorganismer tillhörande familjen micromonospora Purpurea och M.echinospora. [1] Figur 1: Gentamicin Dessa organismer odlades upp på ett medium av jäst och producerade då gentamicin och ett flertal andra antibiotika med liknande struktur. För att isolera och separera fram rent gentamicin från mediet så använde de en katjonbytare för att separera de olika katjoniska antibiotika samt gentamicin från jäsningskulturen och därefter separerades gentamicin från de övriga genom en selektiv utfällning av dess saltform (dodecylbenzenesulfonate). För att få fram den aktiva och rena gentamicin så tillsattes en stark basisk anjonbytare. [1,2] Det var en stor upptäck då eftersom man insåg gentamicins otroliga egenskaper mot gram negativa bakteriella infektioner. [2] I USA så började gentamicin användas terapeutiskt 1969, man upptäckte att den även var effektiv mot både gram-negativa och positiva bakterier. Substansen var likaså effektiv mot flera stammar ur familjerna Pseudomonas, Proteus, Staphylococcus, Streptococcus, Klebsiella, Haemophilus, Aerobacter, Moraxella och Nesseria som blivit resistenta mot preparaten Tetracylin och Kloramfenikol. [3] Figur 2: Gentamicin, produktförpackning Gentamicins egenskaper innebar att den blev en viktig medlem hos antbibiotikafamiljen aminoglykosider. [3]

4 Biologisk aktivitet Gentamicin är en aminoglykosid antibiotikum som syntetiseras fram från den grampositiva bakterien Micromonospora purpureochromogenes. Figur 3: Odling av Micromonospora Purpureochromogenes Denna bakterie finns praktiskt taget överallt i miljön, mest i jord och vatten. Bakterien Micromonospora purpureochromogenes är av den sporformiga varianten, oftast aeroba och bildar ett grenformat mycelium. [4] Figur 4: Micromonospora Purpureochromogenes Gentamicin är en aminoglykosid som är en variant på en glykosid. Glykosider består av en sockerart, oftast glukos och en icke sockerart som benämns aglykon. Sockerdelen och aglykonen binder sig till varandra kovalent med hjälp av en syreatom, kvävatom, kolatom eller en svavelatom. Det som skiljer de olika aminoglykosiderna åt är aglykonen och dess farmakologiska egenskaper styrs av aglykonens struktur. [5] Andra vanliga aminoglykosidantibiotika förutom gentamicin är amikacin, neomycin, netilmicin, paromycin, reptomycin och tobramycin. Dessa antibiotika skiljer sig åt mellan typen av aglykon och hur aglykonen är bunden till sockret (syre-, kväve-, kol- eller svavelatom bindning). [5]

5 Gentamicin är uppbyggd av två stycken 2-deoxystreptamine (DOS) som bildas från D-glukos via två intermediat till 2-deoxystreptamine. [2] Figur 5: 2-deoxystreptamine (DOS) 2-deoxystreptamine bildar två glykosid-bindningar med 3-dexy-4-C-metyl-3-metylamino arabinose och 2,6-diamino-2,3,4,6-tetradeoxy-erythrose, slutprodukten blir gentamicin. [5] Klinisk effekt och användning Gentamycinsulfat är den aktiva substansen i Garamycin som är ett bredspektrumantibiotikum. Preparatets indikation är bland annat infektioner i centrala nervsystemet. [6] Andra indikationer för gentamicin enligt Fass är allvarliga infektioner i lunga, urinvägar, tarm, intraabdominella infektioner samt endokardit (Inflammation i hjärtklaffarna). I dags läget har den effekt på ett flertal olika bakterier som Staphylococcus aureus och stafylococker som är koagulasnegativ, Haemophilus influenzae, Staphylococcus aureus och koagulasnegativa stafylokocker, E coli, Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Citrobacter, Proteus, Acinetobacter, Pseudomonas, Salmonella och Shigella. Resistens förekommer hos vissa bakteriestammar. [6] Dess verkningsmekanism innebär en inhibering av bakteriers förmåga att syntetisera viktiga proteiner genom att binda till 30S subenheten på den bakteriella ribosomen. Gentamicin har effekt på både vilande och reproducerande bakterier. [4,6] Mekanismen är baserad på sin påverkan på elektrontransporten, som kräver ATP och syre för att vara effektiv. Därför är gentamicin så effektiv mot aeroba bakterier. [3] Gentamicins absorberas inte via mage-tarmkanalen och kan därför inte ges oralt pågrund av inget systemiskt upptag. Därför ges preparatet intravenöst eller intramuskulärt, det sker en snabb fördelning till olika vävnader via blod, lymfa och urin. Kan även läggas in i kulor i vävnaden vid risk för infektion vid till exempel en höftledsoperation. Det sker ingen metabolism och substansen utsöndras oförändrat via njurarna. [6,7] Gentamicins sulfatsalt består av tre olika komponenter, Gentamicin C 1, C 2, och C 1A där alla har liknande antibakteriella egenskaper. De olika komponenterna påträffas i olika mängd, Där C 1 (25-50%,), C 2 (25-50%), och C 1A (20-35%). [8] Den antibakteriella aktiviteten mellan de olika komponenterna skiljer sig lite åt, C 1A har högst affinitet till bakteriella ribosomer, därefter kommer C 2 och lägst affinitet av de tre har C 1. [3]

6 Figur 6: Gentamicin C 1, C 2, och C 1A Gentamicin är en av få antibiotika som är stabil mot värme och kan därför autoklaveras, vilket är användbart vid en preparation av mikrobiologiska tillväxtmedier.[4] Biverkningar som är relaterade till gentamicin är ofta dosrelaterade och kan vara nefrotoxiska och ototoxisk. Både reversibel och irreversibel hörselnedsättning har rapporterats, oftast i samband med höga doser, tätt doseringsintervall, lång behandlingstid och vid nedsatt njurfunktion. Alla aminoglykosider är toxiska mot celler i örat och kan ha en varierande effekt på hörsel och balans. [6] Mot Menière sjukdom (öronsjukdom)så används ibland gentamcin som behandling för att minska störningen på innerörat. [9] Gentamicin samt ett flertal andra aminoglykosider orsakar nefrotoxicitet genom att hämma protein syntesen i renala celler som resulterar i nekros i proximala tubuli som till slut kan leda till akut njursvikt. [9] Gentamicin i kombination med ett betalaktamatibiotikum ger ofta en synergistisk effekt och kan vara ett bra behandlingsalternativ mot streptokocker och enterokocker. [6] Man har även upptäck att gentamicin har potentiella antivirala egenskaper. [2] Metodbeskrivning Dagens industriella produktion baseras på ungefär samma principer som Weinstein använde sig av på 60-talet. Vid en industriell produktion av gentamicin så separeras den aktiva substansen från jäsningsmediet med hjälp av en katjonbytare och tillsats av svavelsyra. Efter neutralisering så renas och koncentreras lösningen med hjälp av vakuum och aceton tillsätts för att kunna fälla ut gentamicin som ett svavelsalt. [3] Denna metod gör det inte möjligt att separera de olika gentamicin komponenterna, det görs försök för att kunna separera de mest potenta komponenterna för att kunna öka den specifika biologiska aktiviteten per viktenhet av gentamicin. En separation av komponenterna skulle ge en möjlighet att minska dosen. [3]

7 Referenslista

8 1. Weinstein, M. J.; Luedemann, G. M.; Oden, E. M.; Wagman, G. H.; Rosselet, J. P.; Marquez, J. A.; Coniglio, C. T.; Charney, W.; Herzog, H. L.; Black, J. J. Med. Chem. 1963, 122, Park, J. W.; Joong, J. S.; Parajuli, N.; Koh, H.S.; Park, S. R.; Lee, M.; Lim, S.;Yoon, Y.J Analytical Profiling of Biosynthetic Intermediates Involved in the Gentamicin Pathway of Micromonospora echinospora by High-Performance Liquid Chromatography using Electrospray Ionization Mass Spectrometric Detection. Anal. Chem. 2007, 79, Cascaval, D.; Galaction, A-I.;.Nicuta, N.; Blaga, A.C. Selective separation of gentamicins from the biosyntheticmixture by reactive extraction. Separation and Purification Technology Samuelsson, G. Drugs of Natural Origin: A textbook of pharmacognosy; Swedish Pharmaceutical Society, Swedish Pharmaceutical Press: Stockholm, Sweden 1999; 4th ed Sundin, D. P.; Sandoval, R.; Molitoris, B. A. Gentamicin Inhibits Renal Protein and Phospholipid Metabolism in Rats: Implications Involving Intracellular Trafficking. J Am Soc Nephrol