Реферат: Развитие антимикробной химиотерапии и новые парадигмы

Развитие химиотерапии на строго научной основе стало возможным, естественно, только после работ Л.Пастера, то есть выявления объекта, на который должны воздействовать антимикробные агенты. Совершенно закономерно также, что периоду химиотерапии предшествовал период асептики и антисептики.

Возникновение антимикробной химиотерапии датируется довольно точно – первыми годами ХХ века и связано, как известно, с работами П.Эрлиха и его школы. Суть не в знаменитом препарате 606 (сальварсан) из ряда арсенобензолов, которого давно уже нет в фармакопеях мира. Восторженно встреченный, этот препарат сохранил свою объективную ценность, но постепенно был вытеснен из практики сначала неосальварсаном, полученным самим Эрлихом, а затем другими препаратами. Суть состоит в сформулированных Эрлихом тезисах, которые в течение 100 лет выглядели незыблемыми и лишь сейчас подвергаются осторожному пересмотру, причем с оговорками.

Как известно, Эрлих сформулировал ряд тезисов, которые сразу же приобрели значение парадигм, то есть воспринятых всем научным сообществом "образцов", или моделей решения проблемы, дающих реальный прообраз действительности. Смена парадигм по мере углубления знаний возможна, но она равносильна научной революции в конкретной области.

Основополагающие тезисы Эрлиха хорошо известны. Их анализ показывает, что Эрлих ставил во главу угла химиотерапевтический индекс антимикробного препарата [1]. В переводе, сделанном в 1910г., стиль которого стал уже несколько архаичным для нашего времени, это выглядит так: "Хемотерапия ставит себе задачу найти такие вещества, которые при большом влиянии на паразитов принесли бы возможно менее вреда организму". И далее: "Средство в практику не выйдет, если взаимоотношение между ядовитостью и лечебной дозировкой неблагоприятно". Отсюда представление об идеальной по избирательности магической пуле, переходившее из учебника в учебник (магическая пуля Эрлиха).

За первую треть XX века после знаменитых препаратов Эрлиха арсенал антимикробной химиотерапии пополнился фактически только сульфаниламидами. Начиная же с 40-х годов наступило непрерывное внедрение в практику природных, синтетических и полусинтетических веществ разнообразной химической структуры с исключительно высокой биологической активностью. Последнее обстоятельство обусловило интерес к механизму их действия и на клеточном уровне, и на уровне суммарных биохимических процессов и, наконец, на молекулярном уровне.

Можно утверждать, что почти полвека решение задачи целенаправленного создания новых производных антимикробных агентов ставилось в зависимость от построения правильной модели взаимодействия прототипа с внутриклеточной мишенью. При этом мишень в микробной клетке подразумевалась как единственная (парадигма избирательности).

Ограниченность такого представления без учета хронобиологических закономерностей и закономерностей транспорта антибиотика в клетку, понятия промежуточных (временных) мишеней, без знания субклеточной и молекулярной топографии всей клетки стала ясна к середине 60-х годов.

Сложность организации клетки даже у прокариот позволяет утверждать, что абсолютизировать избирательность нельзя. Примером этому могут служить хотя бы три широко применяемых группы антимикробных агентов – b-лактамы, хинолоны и аминогликозиды.

b-Лактамы и хинолоны имеют более одной мишени в микробной клетке (разные пенициллинсвязывающие белки, или же ДНК-гираза и ДНК-топоизомераза IV).

Аминогликозиды, в частности стрептомицин, также многозначны в своем взаимодействии с микроорганизмом:

реагирование с 30S рибосомной субъединицей на стадии инициации белкового синтеза ведет к прекращению синтеза белка;

реагирование с 30S рибосомной субъединицей на стадии элонгации полипептидной цепи ведет к синтезу "летальных" белков;

взаимодействие с oriC локусом предотвращает репликацию ДНК.

К этому следует прибавить, что, реагируя с ионами магния внешней мембраны, стрептомицин "самопромотирует" свое проникновение в клетку. Наконец, он же вызывает частичную деструкцию цитоплазматической мембраны. Любая молекулярная модель "вне клетки", например модель взаимодействия стрептомицина с рибосомой, не сможет исчерпывающе объяснить механизм антимикробного эффекта этого антибиотика.

Обращают на себя внимание недавние (вторая половина 90-х годов) исследования в области макролидных препаратов. Оказалось, что рокситромицин, кларитромицин и азитромицин, по-видимому, обладают положительным эффектом при лечении атеросклероза, артритов и астмы – болезней неинфекционной природы, согласно мнению, господствовавшему многие десятилетия.

В настоящее время ведутся дискуссии об этиологическом значении в этих заболеваниях внутриклеточно локализованных бактерий, в частности хламидий. По мнению ряда авторов, именно в этом следует искать причину эффективности данных антибиотиков.

Однако существует и иная точка зрения: эффективность макролидов объясняется коррекцией ими "чрезмерных" воспалительных реакций, обусловленных полиморфноядерными нейтрофилами и моноцитами, поскольку указанные макролиды обнаруживаются в высоких концентрациях в фагоцитах [2].

Таким образом, можно говорить о смене парадигм или в патологии, или в химиотерапии. Положительным качеством определенных антибиотических структур оказывается именно отсутствие строгой избирательности действия. Следует также отметить, что не обладающий прямым действием на опухоли кларитромицин в последние годы обратил на себя внимание как противоопухолевый препарат. Его механизм действия реализуется, по-видимому, на уровне интерлейкинов [2,3].

Вообще можно указать, что с 90-х годов прошлого века не прекращаются систематические попытки сочетать в одной низкомолекулярной структуре два качества – антибактериальную и иммуномодулирующую активность. Пока наиболее удачным результатом такого целенаправленного поиска считается цефодизим. На основе цефалоспориновой структуры получен лекарственный препарат, действующий (на клеточном уровне) на две мишени – бактерию и фагоцит и обладающий антибактериальным и иммуностимулирующим эффектом [2,4].

Предлагается ретроспективный анализ огромного перечня антибиотиков с целью выявления среди них фармакологически активных веществ или способных стать прототипом для веществ такого рода, которые могут быть получены путем химической модификации. Конечно, при этом не ставится, как всегда, обязательная задача сохранения антимикробной активности.

Так, например, ведутся поиски производных эритромицина и циклоспоринаА, обладающих, соответственно, мотилиноподобным действием (стимуляция перистальтики кишечника) и способностью возвращать фенотип резистентной опухолевой клетки к чувствительному. При этом декларируется (как желательная) потеря антибактериальной или иммуносупрессорной активности, присущей прототипам.

Воззрения Эрлиха были единственно правильными на том уровне знаний, который был доступен в начале XX века. Смена парадигм в химиотерапии обусловливается сейчас достижениями фундаментальных наук, приведшими к гораздо более глубокому пониманию взаимодействия лекарства с патогеном в инфицированном организме. Многое ожидается также от комбинаторной химии, геномики и протеомики (протеом – полный набор или совокупность белков в клетке).

Комбинаторная химия конструирует новые структуры, используя "принцип подобия" – из фрагментов, биологическая активность которых "в том или ином направлении" была уже доказана. Необходимость анализа количественной корреляции структурно-функциональных отношений не требует доказательств.

Есть приемы для повышения эффективности работы по созданию ряда веществ с запланированным многообразием. Однако изменение функции веществ в одном случае, например, при взаимодействии с конечной мишенью, еще не означает решения вопроса о создании лекарства. Требуется учет взаимодействия с промежуточными мишенями и т. д.

Ретроспективный анализ работ по созданию рационального молекулярного дизайна, например фторхинолонов, создает впечатление глубокого систематического предвидения результатов экспериментов. В реальности систематического продвижения на пути от налидиксовой кислоты к современным фторхинолонам не было, во всяком случае применительно к созданию принципиально новых рядов.

В последние годы ведется все более оживленная дискуссия о возможностях, которые открываются перед химиотерапией за счет использования геномики и протеомики. Осуществлено полное секвенирование генома многих патогенных бактерий. Международные базы данных, располагающие особенно подробными сведениями о геномах так называемых "модельных" микроорганизмов (Escherichia coli, Staphylococcus aureus и др.), а также о геноме эукариот низших и высших, в состоянии быстро давать информацию из области структурной, сравнительной и метаболической геномики [5,6]. Это позволяет идентифицировать у патогенов гены, включенные в известные метаболические процессы, дифференцировать гены с еще неизвестными функциями.

Амплификация интересующего исследователя гена с помощью полимеразной цепной реакции, использование в последующем систем транскрипции и трансляции позволяют выявить кодируемый им продукт и установить его функцию на уровне фенотипа. Таким образом, создается возможность проверки активности рядов как синтетических, так и природных веществ в качестве ингибиторов функций конкретных генов, точнее – кодируемых ими продуктов. Иными словами, отбор и изучение новых антимикробных агентов идет не от организма к гену, а от гена к организму в соответствии с внедренным сейчас в литературу термином "обратная генетика".

Успехи геномики (и генной инженерии) позволяют выявлять гены, необходимые патогену при его размножении только в инфицированном организме и вести затем поиск ингибиторов функций их продуктов. Так, с недавнего времени получила известность система "InVivo Expression Technology" (IVET), используемая для отбора генов вирулентности (ivi гены) [7,8].

Геном исследуемого патогена фрагментируется с помощью набора рестриктаз: в отдельных фрагментах оказываются или ivi гены, или "жизненно важные" гены. Последние необходимы клетке для ее роста и invivo, и invitro.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--