שיעור 17- בקרת גידול חיידקים
בקרת גידול חיידקים עיקור) -סטריליזציה( השמדת כל המיקרואורגניזמים לרבות הנבגים אין דרגות בעיקור .עיקור הוא השמדה מלאה חיטוי – השמדת חלק מן המיקרואורגניזמים אמצעים פיזיקליים .1חימום .2קרינה .3סינון אמצעים כימיים .1חיטוי/עיקור באמצעים כימיים Chemotherapeutic agents.2 חימום חימום רטוב -אוטוקלב 121 -מעלות 15 דקות 1אטמוספרה מעל הסביבה חימום יבש -תנור יבוש -חום יבש 180 - מעלות למשך שעתיים אמצעים פיזיקליים חימום.1 קרינה.2 סינון.3 chemical antimicrobial control -אמצעים כימיים עיקור באמצעים כימיים/ חיטוי.1 Chemotherapeutic agents.2 :להשלים מתוך Microbial growth control – 20 פרקBrock 10th ed, 11th ed או 35 ופרק7 פרקPrescot 6th ed אמצעים כימיים .1חיטוי/עיקור באמצעים כימיים - Antisepticsהורגים או מונעים גידול של מיקרואורגניזמים ,מספיק בטוחים לשימוש חיצוני בלבד .הורגים גם אנדוספורות. משמשים לרחיצת ידיים ,פנים ,פצעים לדוגמא: mercurial, silver nitrate iodine solution, alcohols, detergents. – Disinfectantsהורגים או מונעים גידול של מיקרואורגניזמים משמשים לחיטוי אובייקטים דוממים בלבד .למשל חיטוי רצפות ,שולחנות ,קירות בבית חולים ובמעבדות .כמו כן ציוד רפואי שצריך לחטא כמו מדחום .גז אתילן אוקסיד וקרבון אוקסיד לעיקור כלי פלסטיק וגומי Chemoterapoitic agents .2 חומרים שמשתמשים בהם לעכב או להרוג מיקרואורגניזמים בתוך הגוף חומר כימי בו ניתן לטפל in vivo Antiseptics and disinfectants Chemical Action Uses Ethanol (50-70%) Isopropanol (50-70%) Denatures proteins and solubilizes lipids Antiseptic used on skin & Disinfectant Tincture of Iodine (2% I2 in 70% alcohol) Inactivates proteins Antiseptic used on skin Silver nitrate (AgNO3) Precipitates proteins General antiseptic and used in the eyes of newborns (Neisseria gonorehoeae) Chlorine (Cl2) gas, Chlorine compounds (chloramines, clorine dioxide) Forms hypochlorous acid (HClO), a strong oxidizing agent Cupper sulpfate Protein precipitant Disinfect drinking water And swimming pools Formaldehyde (8%) Reacts with NH 2, SH and COOH groups Disinfectant, kills endospores Mercuric dichloride Inactivates proteins by reacting with sulfide groups (SH) Disinfectant, although occasionally used as an antiseptic on skin Detergents (e.g. quaternary ammonium compounds) Disrupts cell membranes Skin antiseptics (()תוסף לס בו ן and disinfectants Phenolic compounds(e.g. carboloic acid, lysol, hexylresorcinol, hexachlorophene) Denature proteins and disrupt cell membranes Antiseptics at low concentrations; disinfectants at high concentrations Ethylene oxide gas Alkylating agent Disinfectant used to sterilize heat-sensitive objects such as rubber and plastics Disinfect drinking water; general disinfectant חומרים משמרים ) Static agentsמעכבי גידול( חומצות אורגניות -מורידות pHכמו ח .פרופיונית ,ח .סורבית ח .בנזואית וח .לקטית .מונע צמיחת חיידקים ופטריות. מלח סוכר Effect of Antimicrobial Agents on Bacterial Growth Three types of action of antimicrobial agents Measuring Antimicrobial Activity Antibiotic Susceptibility Tests Minimal inhibitory concentration (MIC) z – Reference method. Add standard inoculum to dilutions of antibiotic. Incubate overnight. MIC is lowest concentration that inhibits growth (can also be performed by agar dilution). – Interpretation (S or R) is based on achievable drug levels 104 CFU 104 CFU 0 0.12 0.25 0. 5 1 2 4 5 MIC Agar diffusion method Kirby Bauer agar disk diffusion The diameter of the inhibition zone identifies the bacteria as: "susceptible," "intermediate," or "resistant" to specific concentrations of an antibiotic. Chemicals are often used to control microbial growth. Chemicals that kill organisms are called cidal agents; those that inhibit growth are called static agents. The effectiveness of an antibacterial chemical agent is assessed by determining the minimum concentration necessary to completely inhibit bacterial growth. ANTIMICROBIAL AGENTS USED IN VIVO אמצעים כימיים .1חיטוי/עיקור באמצעים כימיים Chemotherapeutic antimicrobial agents 2. חומר כימי בו ניתן לטפל in vivo א .חומרים סינטטיים ב .אנטיביוטיקה תכונות החומר הכימוטרפויטי האידאלי מנגנון פעולה -רעילות סלקטיבית •לא רעילה למאכסן וללא תופעות לוואי •לא אימונוגנית •אין התפתחות של עמידות •מיקרוצידי ולא מיקרוסטטי •השפעה מינימלית על אוכלוסיית החיידקים הטיבעית •בעלת יכולת להגיע בגוף החולה לאיזור הנגוע בחיידק הפתוגני •שמירה על אקטיביות ,לא מתפרק בגוף •עלות ייצור נמוכה וחיי מדף ארוכים א .חומרים אנטימיקרוביאליים סינטטיים חומרים סינטטיים.א Paul Erlich, early 1900s Salvarsan חלוץ Magic bullets Salvarsan Treponema pallidum Domagk – 1930 Prontosil sulfanilamide Wood The antibiotic sulfanilamide is similar in structure to para-aminobenzoic acid (PABA), an intermediate in the biosynthetic pathway for folic acid. Sulfanilamide can competitively inhibit the enzyme that has PABA as it's normal substrate by competitively occupying the active site of the enzyme. א .חומרים סינטטיים Growth factors תרכובות אורגניות הנדרשות בכמויות מזעריות רב המיקרואורגניזמים מסוגלים לסנטז לבד .מיקרואורגניזמים מעטים זקוקים לתרכובת אחת או שתיים פורינים,פירימידינים,חומצות אמינו ,ויטמינים PABA – para amino benzoic acid Tetrahydrofolic acid THFA ח .פולית מהווה קואנזים לסינטזת ח .גרעין וח .אמינו מסויימות. השפעת התרופה – הפסקת סנטיזת RNAו DNA-וחלבונים Growth factor analog בקטריוסטטי חומרים סינטטיים.א (DHF reductase) Trimethoprim affinity for DHFR of bacteria is 100,000 times greater than for that of vertebrates. Therefore, bacterial DHFR is inhibited at concentrations that have essentially no effect on vertebrate DHF Synergism Antagonism (-/+) רחבי טווח,סולפא וטרימטופרים – בקטריוסטיים sulfamethaxazole א .חומרים סינטטיים )Quinolone (1962 ciprofloxacin רחב טווח – ) (+,-בקטריוצידי בשימוש בטיפול בדלקת בדרכי השתן ובבצילוס אנטראקסיס במינים של עמידות לפניצילין אנטיביוטיקה.ב Antibiotics: Naturally Occurring Antimicrobial Drugs Antibiotics are a chemically diverse group of antimicrobial agents that are produced by a variety of microorganisms ב .אנטיביוטיקה – חומרים הנוצרים על ידי מיקרואורגניזם אחד והמעכבים או הורגים מיקרואורגניזם אחר •אנטיביוטיקה חצי סינטטית טווח רחב broad spectrum- טווח צר narrow spectrum - limited spectrum בד"כ חיידקים גרם חיוביים רגישים יותר לאנטיביוטיקות מאשר חיידקים גרם שליליים )אם כי יש אנטיביוטיקות הפועלות על גרם שליליים בלבד – )למשל :פולימיקסין( סיווג אנטיביוטיקות על פי אתר המטרה )דוגמאות(: •דופן התא –פניצילין ,צפאלוספורין ,וואנקומיצין, •סנטיזת חלבונים – ) -50Sאריתרומיצין ,כלורמפניקול( ) -30Sטטראציקלין ,סטרפטומיצין ,גנטאמיצין ,קאנאמיצין( •הממברנה הציטופלסמטית – polymyxin •סנטיזת ח .גרעין – ריפמיצין מעכב יחידה בטא של RNAפולימרז אנטיביוטיקות המשפיעות על סינטזת דופן התא: בקטריוצידי B- lactam ring פניצילין ,צפאלוספורין – נקשרים לPBPs - גליקופפטיד וואנקומיצין – מעכב טרנספפטידציה ,טוקסי ונמצא בשימוש מוגבל פניצילין 1929 פלמינג While working with Staphylococcus variants a number of culture plates were set aside on the laboratory bench and examined from time to time. In the examination, this plates were exposed to air and they became contaminated. It was noticed that around a large colony of contaminating mould the Staphylococcus colony were undergoing lysis… Something that had been formed in the mould culture had diffused into the surrounding medium…. Penicillium Fleming’s observation penicillin פניצילין -Gהתרכובת הטבעית: .1יעיל נגד גרם חיוביים בלבד .2נהרס ע"י החומציות בקיבה וצריך לקבלו בזריקה .3רגיש לאנזים בטא לאקטמז .4אלרגיה תכונות התרכובות הסמיסינטטיות ראה בטבלה משמאל Cephalosporin פפטידוגליקאן -תזכורת התארכות התאים ובניית קיר התא Filamentous temperature sensitive Fts חלבונים בעלי תפקיד חיוני בחלוקת התא -FtsZחלבון מפתח בקבוצת חלבוני Fts נמצא גם במיטוכונדריה ובכלורופלסט –Divisomeכנוי למערכת הכוללת את חלבוני Ftsומולקולות נוספות )כגון אלה הבונות את הפפטידוגליקאן( המשתתפות בחלוקת התא The FtsZ ring and cell division בחיידק 10,000 E. Coliמולקולות של FtsZיוצרות את טבעת הDivisome - תמונה במיקרוסקופ פאזות צביעת גרעין צביעה ספציפית לחלבון FtsZ 2צביעות יחד בנית קיר התא • אנזימים autolysinsיוצרים פתח בקיר התא הקיים .הפתח שנותר מאפשר קישור מונומרים חדשים והרחבת מבנה הפפטידוגליקאן • חומרי בניה לבניית קיר התא מוספים דרך הפתח שנוצר בעזרת מולקולה נשאית בעלת 55פחמנים – בקטופרנול • תהליך הפירוק והבניה נעשה במקביל כאשר שיווי המשקל הוא לטובת הבניה • התוצאה – התא מתארך • בנקודת המפגש שבין הקיר הישן לחדש מתהווה מעין תלם )צלקת( אותו נתן לראות במקרוסקופ סורק Streptpcoccus hemolyticus •בנקודת המפגש שבין הקיר הישן לחדש מתהווה מעין תלם )צלקת( אותו נתן לראות במקרוסקופ סורק •על מנת שלא יתרחש ליזיס של התא חייב הפפטידוגליקאן החדש להשתלב בישן. C55 Bactoprenol, the lipid carrier of the cell wall peptidoglycan building blocks. Peptidoglycan synthesis Syntesis of peptidoglycan הסבר מפורט לתרשים בשיקופית הבאה 6 8 7 5 הוספת גשר פפטידי רק ב -חיידקים גרם חיוביים 4 NUG 3 1 NUM-pentapeptid NUM 2 2 2 2 Cycloserine The syntesis of peptidoglycan .1סינטזה של UDP-N-acetylgucoseamineו UDP-N-acetylmuramicacid- .2הוספה של ח .אמינו ל NUM -ליצירת פנטאפפטיד NUM- pentapeptide .3מועבר מ UDP -למולקולת הבקטופרנול פוספט UDP-NUG .4מוסיף NUGל , NUM- pentapeptide -בחיידקים גרם חיוביים נקשר בשלב זה הפפטיד המגשר למשל )(Gly5 .5יחידת המונומר השלמה של הפפטידוגליקאן מועברת ע"י מולקולת הבקטופרנול לצידה החיצוני של הממברנה .6לאחר המעבר דרך הממברנה נוצר תחילה קשר גליקוזידי בין הדו-סוכר החדש לשרשרת הקיימת .הבקטופרנול משתחרר ממשאו .7הבקטופרנול חוזר לצידה הפנימי של הממברנה תוך שהוא משתחרר ממולקולת פוספאט אחת .בקטופרנול-פוספאט מוכן לקלוט יחידת מונומר חדשה להעברה דרך הממברנה .8נוצר הקשר הפפטידי – טרנספפטידציה בין שרשראות הפפטיד במולקולת הפפטידוגליקאן אנרגיה ליצירת הקשר מתקבלת משחרור מולקולת ה Dala -האחרונה בפנטאפפטיד תהליך בנית קיר התא .1יחידת המונומר השלמה של הפפטידוגליקאן )דו סוכר +פפטיד( מועברת ע"י מולקולת הבקטופרנול לצידה החיצוני של הממברנה .2לאחר המעבר דרך הממברנה נוצר תחילה קשר גליקוזידי בין הדו-סוכר החדש לשרשרת הקיימת .הבקטופרנול משתחרר ממשאו .3הבקטופרנול חוזר לצידה הפנימי של הממברנה והוא מוכן לקלוט יחידת מונומר חדשה להעברה דרך הממברנה .4נוצר הקשר הפפטידי – טרנספפטידציה בין שרשראות הפפטיד במולקולת הפפטידוגליקאן אנרגיה ליצירת הקשר מתקבלת משחרור מולקולת ה Dala -האחרונה בפנטאפפטיד --- ראקציה זו מעוכבת ע"י פניצילין שחרור המולקולה D-alanineמספק את האנרגיה הדרושה ליצירת הקשר הפפטידי .התהליך זה מתבצע מחוץ לממברנה הציטופלסמטית מקום בו אין מולקולות ATPכמקור אנרגיה Action of beta-lactam antibiotics The three-dimensional structure of a beta-lactam closely resembles the D-alanyl-D-alanine end of the peptide in peptidoglycan מלאכת הרכבת דופן התא מתבצעת בעזרת חלבונים גבה מולקולריים. חלק מהחלבונים הללו נקראים: PBPs -Penicillin Binding Proteins כאשר מולקולת הפנצילין נקשרת לחלבונים אלו הם מאבדים את פעילותם ואינם יכולים לתפקד יותר בבנית דופן התא חלבונים אלו נמצאו קשורים ל: טרנספפטידציה של הקיר הנבנה תוך הסרת מולקולה של D-alaהטרמינלי. ראקציה זו מעוכבת על ידי פניצילין וכן על ידי אנטיביוטיקות אחרות שלהן טבעת של בטא לאקטאם .פניצילין וטבעות בטא לאקטאם הן אנאלוג של Dala- Dalaהאנטיביוטיקה הינה מעכב לא תחרותי של האנזים. נראה גם כי קומפלקס האנטיביוטיקה – PBPגורם לשיחרור אוטוליזינים אנטיביוטיקות המשפיעות על סינטזת דופן התא: בקטריוצידי )בקטריוליטי( B- lactam ring פניצילין ,צפאלוספורין – נקשרים בקשר לא הפיך לPBPs - גליקופפטיד )עמידות בסטפילוקוקים( וואנקומיצין) -מיוצר ע"י סטרפטומיצס(– נקשר ישירות לDala-Dala - בפנטפפטיד ,מעכב העברת הדיסאכריד+פנטפפטיד מהממברנה אל הפריפלסמה מקום בו נבנה הפפטידוגליקאן ומונע טרנספפטידציה, טוקסי ונמצא בשימוש מוגבל .לא נקשר לPBPs - סיווג אנטיביוטיקות על פי אתר המטרה )דוגמאות(: •דופן התא –פניצילין ,צפאלוספורין ,וואנקומיצין, •סנטיזת חלבונים – ) -50Sאריתרומיצין ,כלורמפניקול( ) -30Sטטראציקלין ,סטרפטומיצין ,גנטאמיצין ,קאנאמיצין( •הממברנה הציטופלסמטית – polymyxin •סנטיזת ח .גרעין – ריפמיצין מעכב יחידה בטא של RNAפולימרז עיכוב סנטיזת חלבונים Streptomyces שייך ל-בקטריה גרם + הסוג מכיל כ 50-מינים אנטיביוטיקה המיוצרת על ידי פרוקריוטיים כלורמפניקול – בקטריוסטטי ורחב טווח בודד ב1940- Streptomyces venezuelaeאולם כיום מיוצר בצורה סינטטית. מעכב סינטזת חלבונים ע"י עיכוב יצירת הקשר הפפטידי )ראקציה המזורזת ע"י 23S rRNAהבונה את תת היחידה 50Sבריבוזום( .מאד טוקסי לבני אדם והשימוש בו מוגבל ביותר More Antibiotic from Prokaryotes 1. Aminoglyoside 2. Tetracyclines 3. Macrolide Structure of Kanamycin, an aminoglycoside antibiotic. The amino sugars are in yellow. 1. Aminoglyoside •סטרפטומיצין ,קאנאמיצין ,גנטאמיצין ,נאומיצין •בקטריוצידים ,רחב טווח )גרם( +/- •מעכבים סינטזת חלבון ברמה של תת יחידה ) 30Sלמשל סטרפטומיצין נקשר לתת יחידה 30Sוגורם לשגיאות בקריאת mRNAולכן בקטריוצידי(. •זו היתה התרופה הראשונה שהייתה יעילה כנגד שחפת •כיום כמעט לא בשימוש ) (3%עקב תופעות לוואי טוקסיות במערכת העצבים והכליות( והופעת עמידות .את מקומו החליפו פניצילין חצי סינטטי וטטראציקלינים 2. Tetracyclines בקטריוסטטי ,רחב טווח מעכב סינטזת חלבון 30S נקשר לחלבון בתת היחידה הקטנה ומונע קישור של tRNA aminoacylלריבוזום אנאלוג סמיסינטטי Tetracyclines P E A Aminoacyl מונע קישור של mRNA- A לאתרtRNA ribosome complex 30S עיכוב ברמה של אריתרומיצין -בקטריוסטטי רחב טווח )יחסית( – )גרם ,+מיקופלסמה ומעט מיני גרם (- 3. Macrolide •עיכוב סינטזת חלבון ברמת .50Sנקשר לתת יחידה 23S rRNAומונע הארכת החלבון. • 11%מצריכת האנטיביוטיקה. אנטיביוטיקות נוספות הממברנה הציטופלסמטית – polymyxin בקטריוצידי ,צר טווח )רק (-מיוצר על ידי Bacillus polymyxis נקשר לממברנה הציטופלסמטית ומשבש מעבר חומרים דרך הממברנה – Daptomycinאנטיביוטיקה חדשה גורמת לדה-פולריזציה של הממברנה .מיוצר ע"י סטרפטומיצס בקטיוצידי )בקטריוליטי?( •סנטיזת ח .גרעין – • ריפמיצין בקטריוסטטי ורחב טווח, מעכב תת יחידה בטא של RNAפולימרז ספציפי ל (+) -ולמיקובקטריה .מעכב גם כלורופלסטים ומיטוכונדריה •אקטינומיצין – מעכב סינטזת RNAע"י קישור לDNA - עיכוב סינטזת ח .שומן Platensimycin אנטיביוטיקה חדשה רחבת טווח נשמרת לשימוש במקרים בהם החיידקים עמידים לטווח רחב של אנטיביוטיקות Annual worldwide production and use of antibiotics אריתרומיצין סטרפטומיצין Daptomycin Mode of action of major antimicrobial chemotherapeutic agents
© Copyright 2024