میکروبیولوژی

الف ) داروهای وسیع الطیف با فعالیت ضد مایکوباکتریایی

سیکلوسرین:

در سال 1955 از Streptomyces rchida , Streptomyces gatyphalus به دست آمد . سیکلوسرین از لحاظ ساختمانی شباهت زیادی به اسید آمینه د- آلانین داشته و بر علیه بسیاری از باکتری ها از قبیل کلی فرم ها ، پروتئوس و از جمله مایکوباکتریوم ها موثر است. اگرچه از این دارو جهت درمان عفونت های دستگاه ادراری استفاده می شود ولی جزء داروهای خط دوم در درمان چند داروئی سل بوده و  زمانی که به داروهای خط اول سل مقاومت وجود داشته باشد استفاده می شود. مطالعات انجام شده در گونه های غیر مایکوباکتریایی نشان داده است که سیکلوسرین سنتز پپتیدو گلیکان را از طریق مهار رقابتی آنزیم ها د- آلانین  راسماز (alr) و  د- آلانین- د- آلانین سنتتاز (دِ- آلانین لیگاز) (ddlA) مهار می کند. در مایکوباکتریوم توبرکولوزیس و مایکوباکتریوم اسمگماتیس سنتز مجموعه مایکولیل آرابینوگالاکتان – پپتیدوگلیکان توسط د- سیکلوسرین به واسطه انباشته شدن یوریدین دی فسفات-گلیکولیل مورامیل تری پپتید مهار می شود.

فلورکینولون:

فلوروکینولون ها عوامل شیمی درمانی سنتتیک می باشند که دارای اثرات ضد باکتریایی وسیع از جمله بر روی مایکوباکتریوم ها می باشند. از فلوروکینولون ها مثل سیپروفلوکساسین و افلوکساسین در رژیم های چند دارویی جهت درمان بیماری سل و عفونت های ناشی از سایر مایکوباکتریوم ها استفاده شده است. ولی اطلاعات موجود مربوط به موارد بالینی در خصوص آنها محدود می باشد. در آینده ممکن است با ایجاد تغییراتی در ساختمان فلوروکینولون ها داروهای جدیدی از این گروه سنتز کرد که اثرات بیشتری بر روی مایکوباکتریوم ها را داشته باشند. محل اثر فلوروکینولون ها بر روی DNA و از طریق مهار آنزیمDNA gyrase (gyr) و توپوایزومراز (par) IV می باشد. در بعضی از باکتریها مثل اشریشیاکولی هدف اول فلورکینولونها DNA gyrase  است و توپوایزومراز هدف دوم می باشد. DNA gyrasa آنزیمی است که موجب کاتالیز DNA Supercoiling در موقع همانند سازی DNA می شود.  فلورکینولون ها با تأثیر روی این آنزیم موجب توقف عمل همانندسازی و نسخه برداری می گردند. مکانیسم عمل فلورکینولون ها از مطالعات انجام شده بر روی ارگانیسم های غیر مایکوباکتریایی از قبیل اشریشیاکولی و استافیلوکوکوس به دست آمده است و به نظر می رسد مکانیسم های فوق در مورد مایکوباکتریوم ها نیز صحت داشته باشند.

ماکرولیدها:

ماکرولیدها شامل برخی از آنتی بیوتیک ها از قبیل اریترومایسین می باشند این آنتی بیوتیک در سال 1952 از استرپتومایسیس اریتروس Streptomyces erytheus استخراج گردید. ساختمان کلی این آنتی بیوتیک ها یک حلقه ماکروسیلیک لاکتون می باشد که به دو تا مولکول قند متصل شده است با تغییراتی که در ساختمان اریترومایسین داده شده است. نسل جدیدی از ماکرولیدها به نام های کلاریترومایسین ، آزیترومایسین ، راکسی ترومایسین و اسپیرومایسین ساخته شده اند. از ماکرولیدها در وهله اول برای درمان عفونت های ریوی ناشی از مایکوپلاسما ، لژیونلا ، و گونه های کلامیدیا و همچنین عفونت های ایجاد شده توسط گونه های کمپیلوباکتر و باکتری های گرم مثبت در افراد حساس به پنی سیلین استفاده می شود. تعدادی از ماکرولیدهای نیمه سنتتیک از قبیل آزیترومایسین و کلاریترومایسین در درمان عفونت های ناشی از مایکوباکتریوم ها به خصوص مایکوباکتریوم های غیر سلی از قبلی مایکوباکتریوم آویوم کمپلکس استفاده می شود. مکانیسم اثر مولکولی ماکرولیدها در گونه های غیر مایکوباکتریایی معلوم شده است این آنتی بیوتیک ها به محل خاصی در ناحیه متصل شونده پیتیدیل tRNA در تحت واحد 50s ریبوزوم وصل می شود و موجب گسسته شدن پیتیدیل tRNA از ریبوزوم می گردد. در نهایت از طویل شدن پلی پپتید ممانعت می کند. اگر چه اثرات ماکرولیدها بر روند پروتئین سازی مایکوباکتریوم ها به طور مستقیم ارزیابی نشده است ولی دلایلی بر مکانیسم مشابه از طریق تجزیه ژنتیکی مولکولی در سویه های مقاوم به ماکرولیدها در مایکوباکتریوم آویوم و مایکوباکتریوم انتراسلولارکمپلکس وجود دارد. به نظر می رسد نقش ماکرولیدها در درمان عفونت ناشی از مایکوباکتریوم سلی محدود باشد.

ریفامپین:

ریفامپین یک مشتق نیمه سنتیک ریفامیسین B می باشد که اولین بار از استرپتومایسین مدیترانه Sterptomyces mediterranel به دست آمد. این آنتی بیوتیک یکی از مهمترین داروهای خط اول ضد سلی می باشد که به راحتی از دیواره سلولی مایکوباکتریوم توبرکولوزیس عبور می کند. به علاوه این آنتی بیوتیک در درمان جذام و سایر عفونت های مایکوباکتریایی در بیماران مبتلا به ایدز به کار می رود و بر روی کوکسی گرم مثبت هوازی از قبیل استافیلوکوک ها و استرپتوکوک ها نیز موثر است استفاده از ریفاپنتاین که بر علیه مایکوباکتریوم توبرکولوزیس در مقایسه با ریفامپسین ده برابر موثر است به عنوان یک داروی جدید جهت درمان سل مقاوم به چندین دارو در حال بررسی است. ریفامپین با اتصال به تحت واحد B آنزیم RNA پلیمراز وابسته به DNA از عمل نسخه برداری ممانعت می کند. ریفابیوتین مشتقی از ریفامایسین S می باشد مکانیسم و محدوده عمل آن شبیه به ریفامپین می باشد از این دارو در درمان و پیشگیری از عفونت های ناشی از مایکوباکتریوم آویوم در بیماران مبتلا به ایدز استفاده می شود. سویه هایی از مایکوباکتریوم توبرکولوزیس که به ریفامپین مقاوم شده باشند ممکن است نسبت به ریفابیوتین حساس باشند.

استرپتومایسین:

استرپتومایسین در سال 1944 کشف شد و جزء خانواده آمینوگلیکوزیدها می باشد و  بر علیه باکتری های گرم مثبت ، گرم منفی و مایکوباکتریوم ها موثر است. این آنتی بیوتیک جزء داروهای مهم در درمان چند داروئی سل می باشد. مکانیسم دقیق  استرپتومایسین به طور گسترده روی مایکوباکتریوم ها مطالعه نشده است ولی در باکتری های دیگر از جمله اشریشیاکولی بیشترین مطالعه صورت گرفته  است ، این آنتی بیوتیک به RNA ریبوزومی 16S (rRNA) در تحت واحد 30S ریبوزوم متصل می شود و از طریق غلط خوانده شدن کدهای ژنتیکی ممانعت از آغاز نسخه برداری و ترجمه mRNA و در نهایت از سنتز پروتئین ممانعت می کند پروتئین S₁₂ یک تحت واحدی از ریبوزوم 30S می باشد و هدف اصلی استرپتومایسین است. اطلاعات ژنتیکی جاری نشان دهنده یک چنین مکانیسم اثری در مایکوباکتریوم توبرکولوزیس نیز است.

اتامبوتول:

اتامبوتول یک داروی اختصاصی و موثر می باشد که همراه با ایزونیازید در درمان عفونت مایکوباکتریوم توبرکولوزیس استفاده می شود. از آنجا که فعالیت ضد باکتریایی اتامبوتول محدود به مایکوباکتریوم ها است لذا اطلاعات موجود در مورد مایکوباکتریوم ها نیز صادق است. مکانیسم عمل مولکولی اتامبوتول به طور دقیق معلوم نمی باشد ولی مطالعات تجربی موجب پیدایش فرضیات متعددی در خصوص مکانیسم عمل این آنتی بیوتیک شده است. به نظر می رسد اتامبوتول از سنتز آرابینوگالاکتان و لیپوآرابینومانان که ترکیبات اصلی دیواره سلولی مایکوباکتریوم ها است ممانعت می کند.

ب ) داروهای ضد سلی با طیف محدود

کاپرئومایسین:

کاپرئومایسین آنتی بیوتیکی است که از Streptomyces capreolus به دست آمده است یکی پلی پپتید ماکروسیلیک می باشد که به خصوص بر علیه مایکوباکتریوم توبرکولوزیس موثر است و گاهی در درمان سل مورد استفاده قرار می گیرد ولی نقش آن در درمان عفونت های ناشی از سایر مایکوباکتریوم ها معلوم نیست. اطلاعات مستقیمی در خصوص نحوه عمل کاپرومایسین وجود ندارد. این آنتی بیوتیک در اشریشیا کولی و مایکوباکتریوم اسمگماتیس مانع از سنتز پروتئین می گردد. مقاومت در مقابل کاپرومایسین در سویه های ایزوله شده مایکوباکتریوم توبرکلوزیس از نمونه های بالینی نادر است.

ایزونیازید و اتیونامید:                                                          

ایزونیازید ( ایزونیکوتنیک اسید هیدرازاید ) قدیمی ترین داروی ضد سلی سنتتیک می باشد که برای اولین بار در سال 1916توسط دو دانشمند چک اسلواکیایی سنتز شد ولی خاصیت ضد سلی آن در سال 1951 مشخص گردید. این دارو بر علیه مجموعه مایکوباکتریوم سلی ( مایکوباکتریوم توبرکولوزیس مایکوباکتریوم بویس و مایکوباکتریوم آفریکانوم ) موثر می باشد ولی اثر آن بر علیه مایکوباکتریوم های غیر سلی کم می باشد. مکانیسم عمل ایزونیازید از دیرباز مورد توجه دانشمندان بوده است. در دهه 1960 Seydes , kruger – Thiemer الگویی را پیشنهاد کردند که طبق آن ، ایزونیازید پس از ورود به داخل سلول باکتری توسط سیستم آنزیم – کاتالاز – پراکسیداز فعال می شود. ولی بیشترین مطالعات در خصوص مکانیسم اثر ایزونیازید در سال های اخیر انجام گرفته است. یکی از دانشمندان اخیراً 13 محل اثر برای ایزونیازید در روی مایکوباکتریوم توبرکولوزیس پیشنهاد کرده است. یکی از نظریه های معروف این است که ایزونیازید یک پیش دارویی است که توسط آنزیم کاتالاز – پراکسیداز فعال  می گردد و از سنتز میکولیک اسید موجود در دیواره سلولی مایکوباکتریوم توبرکولوزیس ممانعت می کند. مدت کوتاهی پس از معرفی ایرونیازید در درمان بیماری سل سویه های مقاوم به ایزونیازید از بیماران مسلول تحت درمان با ایزونیازید جدا شدند و مشاهده گردید که بعضی از سویه های با مقاومت بالا به ایزونیازید فعالیت کاتالازی خود را از دست داده و ویرولانس آنها در مدل حیوانی خوکچه هندی کاهش می یابد. اتیونامید از لحاظ ساختمانی شباهت به ایزونیازید دارد و احتمال دارد مکانیسم عمل آن نیز ممانعت از سنتز مایکولیک اسید باشد. با این همه احتمالاً فعال سازی اتیونامید مجزا از ایزونیازید می باشد. مطالعات در خصوص مکانیسم مقاومت مایکوباکتریوم توبرکولوزیس در مقابل اتیونامید خیلی محدود می باشد.

ایزوکسیل ( تیوکارلاید ):

تعدادی از دی اسیل تیوره ها دارای خاصیت ضد مایکوباکتریوم توبرکولوزیسی در عفونت های تجربی می باشند. یکی از این ترکیبات 4 و 4 – دی ایزو آمیلوکسی دی فنیل تیوره ( 4 و 4 دی ایزوآمیلوکسی تیوکار بانیتاید ایزووکسیل تیوکارلاید) می باشد که در درمان عفونت های بالینی مفید می باشند. در تحقیقات انجام شده توسط winder و همکارانش نشان داده شده است که ایزونیازید ، اتیونامید و ایزوکسیل به طور گسترده از سنتز مایکولیک اسید در مایکوباکتریوم بویس با غلظت 10 میکروگرم در میلی لیتر در عرض 6 ساعت ممانعت می کنند ، این اطلاعات در حال حاضر مورد تأیید قرار گرفته اند که سنتز تمامی انواع مایکولیک ها اسیدها مانند آلفا – میکولات ها ، کتومیکولات ها و استرهای موم با استفاده از داروهای اشاره شده متوقف گردند.

پاراآمینوسالسیلیک اسید :

پاراآمینوسالسیلیک اسید (PAS) اگرچه در قرن گذشته سنتز گردیده است ولی خاصیت ضد مایکوباکتریایی آن تا سال 1946 معلوم نشده بود. پاراآمینوسالسیلیک اسید دارای فعالیت بالایی بر علیه مایکوباکتریوم توبرکولوزیس می باشد در حالی که سایر گونه های مایکوباکتریایی کمتر نسبت به این دارو حساس می باشد پاراآمینوسالسیلیک اسید بر روی باکتری های دیگر موثر نمی باشد. پاراآمینوسالسیلیک اسید به عنوان داروی خط دوم در درمان بیماری سل استفاده می شود. مکانیسم عمل پارآمینوسالسیلیک اسید مشخص نیست ولی به نظر می رسد مکانیسم آن شبیه به سولفانامیدها باشد و از سنتز اسید فولیک ممانعت می کند و در مکانیسم دیگر پارآمینوسالسیلیک اسید از سنتز مایکوبکتین ممانعت کرده و دریافت آهن را متوقف می کند و این شاید یکی از علل محدود الطیف بودن این آنتی بیوتیک باشد.

پیرازیناماید:

پیرازیناماید مشابه نیکوتینیک اسید می باشد که به عنوان داروی خط اول در درمان سل از آن استفاده می شود. این دارو باسیل ها را در شرایط اسیدی از بین می برد. به نظر می رسد در شرایط اسیدی فاگوزوم ها ، باسیل های سل تولید آنزیمی به نام پیرازینامایداز می نمایند آنزیمی که پیرازینامید را به پیروزونیک اسید تبدیل می کند که فرم فعال و موثر این دارو می باشد. اضافه کردن پیرازنیامید به ایزونیازید و ریفامپین طول درمان بیماری سل را به 6 ماه تقلیل داده است و این سه دارو اساس درمان را در سیستم DOTS (Direct observing thrapy short course) تشکیل می دهند.

تیاستازون:

تیاستازون یک داروی ضد سلی دیگری می باشد که به علت ارزان قیمت بودن در اغلب کشورهای در حال توسعه مورد استفاده قرار می گیرد. تیاستازون جزو تیوسمی کاربوزون ها است و خاصیت ضد میکروبی آن منحصر به مایکوباکتریوم ها است. مکانیسم عمل تیاستازون معلوم نمی باشد. به نظر می رسد مکانیسم تیاستازون مانند اتیونامید باشد و به احتمال از سنتز مایکولیک اسید ممانعت کند.