MỞ ĐẦU Thuốc kháng sinh là một trong những đột phá lớn của y học hiện đại đầu thế kỉ 20. Nhờ loại thần dược này mà rất nhiều căn bệnh do vi sinh vật gây ra đã có thể kiểm soát được một cách hữu hiệu. Tuy nhiên, ngày nay y học hiện đang rất lo ngại trước sự gia tăng không ngừng của hiện tượng kháng thuốc của nhiều loại vi sinh vật. Những loại kháng sinh thời gian trước được xem như vị cứu tinh thì ngày nay đã tỏ ra không còn công hiệu chữa trị nữa.
Kho tàng thuốc kháng sinh ngày càng trở nên hạn hẹp và khan hiếm hơn. Tốc độ phát triển của các loại kháng sinh kháng các loài vi sinh vật gây bệnh mới cũng không thể bắt kịp sức tăng trưởng và biến đổi của các mầm bệnh kháng thuốc. Hiện tượng kháng kháng sinh đã trở thành vấn đề mang tính toàn cầu và đặc biệt nổi trội ở các nước đang phát triển. Với gánh nặng của các bệnh nhiễm khuẩn và những chi phí có liên quan trong việc chữa trị đã trở thành gánh nặng lớn với các bệnh nhân.
Chính vì vậy, song song với việc sử dụng thuốc kháng sinh một cách hợp lí của người bệnh thì việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng sản xuất các loại kháng sinh mới đang là nghĩa vụ và trách nhiệm của các nhà khoa học trên toàn thế giới. Doxorubicin là kháng sinh thuộc nhóm anthacycline, được sử dụng trong điều trị các bệnh khối u cứng, ung thư hệ tạo máu, và khối u hệ lympho như ung thư bàng quang, ung thư vú, ung thư cổ tử cung , ung thư máu. Hiện nay, kháng sinh này được biết đến bởi các đặc điểm vượt trội của nó như có phổ tác dụng mạnh và tác động mạnh mẽ, trực tiếp vào quá trình sinh tổng hợp tế bào ung thư mới. Trong 37 gen tham gia vào quá trình sinh tổng hợp kháng sinh DXR, gen DoxA là gen mã hóa cho enzyme Cytochrome P450Hydroxylase, xúc tác phản ứng hydroxylation tại vị trí C14 trong cấu trúc của tiền chất Daunorubicin(DNR) nhằm chuyển hóa Daunorubicin thành Doxorubicin.
Doxorubicin là một loại kháng sinh có giá thành rất đắt và hiện nay ở Việt Nam chưa sản xuất được. Trong con đường sinh tổng hợp tự nhiên của chủng xạ khuẩn Strepyomyces peucetius thì hàm lượng DNR được tạo ra với hàm lượng lớn hơn rất nhiều so với DXR. Một trong những biện pháp làm tăng năng suất kháng sinh DXR đó là thực hiện phản ứng in vitro để biến đổi Daunorubicin thành Doxorubicin.Vì vậy, em đã tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài mang tên “Biểu hiện Cytochrome P450 Hydroxylase từ xạ khuẩn” nhằm chuyển hóa Daunorubicin thành Doxorubicin bằng phản ứng invitro. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1 PHẠM THỊ CHÚC PHẦN 1.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.Tổng quan về kháng sinh 1.Định nghĩa kháng sinh Thời kì vàng son của kháng sinh bắt đầu từ khi sản xuất penicillin để dùng trong lâm sàng (1941). Khi đó người ta đã định nghĩa :" Kháng sinh là những sản phẩm trao đổi chất tự nhiên được các vi sinh vật tiết ra (vi khuẩn, vi nấm), có tác dụng ức chế sự phát triển hoặc tiêu diệt chọn lọc đối với các vi sinh vật khác", theo Waksman1942. Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học, người ta có thể tổng hợp, bán tổng hợp các kháng sinh tự nhiên (chloramphenicol); tổng hợp nhân tạo các chất có tính kháng sinh: sulfamid, quinolon hay chiết xuất từ vi sinh vật những chất diệt được tế bào ung thư (actinomycin). Vì thế định nghĩa kháng sinh đã được thay đổi: “Kháng sinh là tất cả các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp với nồng độ rất thấp có khả năng đặc hiệu kìm hãm sự phát triển hoặc tiêu diệt đối với các vi sinh vật gây bệnh, đồng thời không có tác dụng hoặc tác dụng yếu lên con người, động vật và thực vật bằng con đường cung cấp chung”[3].
Để biểu thị độ lớn giá trị hoạt tính sinh học của kháng sinh trong 1 ml dung dịch (đơn vị/ml) hay 1 mg chế phẩm (đơn vị/mg), thường dùng đơn vị kháng sinh. Đơn vị kháng sinh là lượng kháng sinh tối thiểu hoà tan trong một thể tích môi trường xác định, có tác dụng ức chế hay tiêu diệt vi sinh vật kiểm định trong thời gian xác định[3]. Đơn vị kháng sinh quốc tế là UI, ví dụ 1 UI penicillin = 0,6 µg, còn 1 UI streptomycin = 1,0µg (Hopwood, 2007).Lịch sử kháng sinh Kháng sinh được phát hiện và ứng dụng sớm nhất là penicilin cách đây hơn 70 năm. Nhưng thực tế, từ lâu con người đã biết dùng các chất có tác dụng chữa trị các bệnh mà sau này được gọi là các chất kháng sinh.
Giữa thế kỷ 17, một thầy thuốc hoàng gia Anh đã chữa bệnh bằng cách dùng rêu đắp lên vết thương. Cuối thế kỷ 19 tại Anh, các mẫu bánh mì mốc được dùng để chữa vết thương. Theo quan điểm khoa học hiện nay thì thì mốc meo trên bánh mỳ thực tế có chứa KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2 PHẠM THỊ CHÚC chất kháng sinh, chỉ có điều người xưa chưa biết vi khuẩn và lại càng không biết chất kháng sinh là gì. Năm 1928, nhà sinh vật học người Anh Alexander Fleming trong khi nghiên cứu tụ cầu ông nhận thấy xung quanh khuẩn lạc mốc xanh nhiễm vào hộp petri nuôi tụ cầu tạo thành vòng vô khuẩn.
Hiện tượng kì lạ này đã được Fleming nghiên cứu, phân lập thuần khiết và xác định được mốc xanh đó là Penicillium notatum – một chủng tạo penicillin [1][2]. Từ những năm 1940 đến cuối những năm 1960, nhiều kháng sinh mới được xác định hầu hết từ xạ khuẩn, và đó trở thành thời kỳ vàng son của hóa liệu pháp kháng sinh. Kháng sinh được phát hiện qua các năm (Hopwood, 2007) Năm 1944, streptomycin được phát hiện từ xạ khuẩn đấtStreptomyces griseus. Sau đó đến chloramphenicol, tetracycline, các kháng sinh thuộc nhóm macrolide và glycopeptide(tức vancomycin) được phát hiện.
Các kháng sinh tổng hợp như nalidixic acid, thuốc chống vi sinh vật có bản chất quinolone đã được tạo ra vào năm 1962. Đặc biệt ở hai thập kỷ cuối của thế kỷ XX, khi công nghệ sinh học và hóa dược phát triển mạnh, người ta đã tìm ra được rất nhiều loại kháng sinh mới. Việc phát hiện, phát triển và sử dụng các kháng sinh trong điều trị ở thế kỷ XX đã làm giảm đáng kể tỷ lệ chết do nhiễm khuẩn. Tuy nhiên từ 1980 số kháng sinh mới được đưa vào điều trị giảm hẳn do chi phí cho việc phát triển và thử nghiệm thuốc mới ngày càng lớn.
Bên cạnh đó, một hiện trạng đáng báo động là ngày càng tăng các vi sinh vật gây bệnh kháng với các kháng sinh hiện có. Hiện nay, việc kháng của vi khuẩn phải được khắc phục bằng việc phát hiện ra các thuốc mới. Tuy nhiên vi sinh vật càng ngày càng nhanh kháng thuốc và tốc độ kháng thuốc nhanh hơn cả tốc độ tạo được thuốc mới của con người [1]. Phân loại kháng sinh Việc phân loại kháng sinh nhằm khái quát một cách có hệ thống danh mục các kháng sinh do việc tìm ra các kháng sinh ngày càng nhiều.
Nhờ đó tiết kiệm thời gian khi nghiên cứu các kháng sinh mới về cấu trúc hoá học, cơ chế tác dụng và khả năng ứng dụng trong công tác chữa bệnh [1]. Có thể phân loại kháng sinh dựa trên nhiều phương diện như phổ tác dụng, cơ chế tác dụng, nguồn gốc, con đường sinh tổng hợp hay cấu trúc hóa học. Tuy nhiên, phân loại theo cấu trúc hóa học là phương pháp khoa học nhất, đưa ra một cái nhìn tổng quát nhất đối với các nhóm kháng sinh [1]. Phân loại kháng sinh theo cấu trúc hóa học Theo cấu trúc hóa học, kháng sinh được phân thành 9 nhóm chính [1]: • Nhóm 1: Các kháng sinh cacbonhydrate • Nhóm 2: Các lactone macrolide • Nhóm 3: Các kháng sinh quinolone và dẫn xuất • Nhóm 4: Các kháng sinh peptide và amino acid • Nhóm 5: Các kháng sinh dị vòng chứa nitơ • Nhóm 6: Các kháng sinh dị vòng chứa oxy • Nhóm 7: Các kháng sinh mạch vòng no • Nhóm 8: Các kháng sinh chứa nhân thơm • Nhóm 9: Các kháng sinh mạch thẳng 1.
Phân loại kháng sinh theo cơ chế tác dụng Dựa vào cơ chế tác dụng, kháng sinh được chia thành 6 nhóm chính như sau: • Nhóm 1: Kháng sinh ức chế sự sinh tổng hợp của thành tế bào • Nhóm 2: Kháng sinh ức chế sự sinh tổng hợp của màng tế bào • Nhóm 3: Kháng sinh ức chế sự sinh tổng hợp của Protein của vi khuẩn • Nhóm 4: Kháng sinh ức chế sự tổng hợp ADN của vi khuẩn • Nhóm 5: Kháng sinh ức chế sự sinh tổng hợp axit Folic • Nhóm 6: Kháng sinh ức chế một số quá trình tổng hợp khác KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 4 PHẠM THỊ CHÚC 1. Phân loại kháng sinh dựa vào mức độ tác dụng Dựa vào mức độ tác dụng, kháng sinh được chia thành 2 nhóm sau: • Nhóm 1: Kháng sinh diệt khuẩn bao gồm những kháng sinh tác dụng đến khả năng tạo vách tế bào, sinh tổng hợp ADN và ARN … • Nhóm 2: Kháng sinh kìm khuẩn gồm các chất ức chế sinh tổng hợp protein của vi khuẩn bằng cách gắn vào các enzyme hay các ribosome 30S, 50S và 70S 1. Phân loại kháng sinh dựa vào phổ tác dụng Dựa vào phổ tác dụng kháng sinh được phân thành 5 nhóm sau: • Nhóm1: Nhóm kháng sinh có phổ tác dụng hẹp, chỉ tác dụng lên một loại hay một nhóm vi khuẩn nào đó • Nhóm 2: Nhóm kháng sinh có phổ tác dụng rộng • Nhóm 3: Nhóm kháng sinh dùng ngoài • Nhóm 4: Nhóm kháng sinh chống lao • Nhóm 5: Nhóm kháng sinh chống nấm 1. Cơ chế tác dụng của kháng sinh Các kháng sinh tác dụng cơ bản qua việc ức chế các phản ứng tổng hợp rất khác nhau của tế bào vi sinh vật gây bệnh.
Chúng liên kết vào các vị trí chính xác hay các phân tử đích của tế bào vi sinh vật mà tạo ra các phản ứng trao đổi chất làm ức chế hay tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh. Các đích tác dụng đặc trưng cho từng nhóm kháng sinh, tuy nhiên trong nhiều trường hợp người ta vẫn chưa biết được chính xác hết. Có 6 mức tác dụng khác nhau đối với tế bào vi khuẩn hoặc nấm: tác dụng lên thành tế bào, tác dụng lên màng nguyên sinh chất, tác dụng lên quá trình tổng hợp ADN, tác dụng lên quá trình tổng hợp protein, tác dụng lên sự trao đổi chất hô hấp và cuối cùng là tác dụng lên sự trao đổi chất trung gian [3]. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 5 PHẠM THỊ CHÚC Hình 1.
Cơ chế tác dụng của kháng sinh [3].