CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ THUỐC KHÁNG SINH 1. Giới thiệu về các chất kháng sinh. Sự phát triển về vi sinh vật học nói chung, và vi sinh vật công nghiệp nói riêng, với bước ngoặc lịch sử là phát minh vĩ đại về chất kháng sinh của Alexander Fleming (1982) đã mở ra kỷ nguyên mới trong y học: khai sinh ra ngành công nghệ sản xuất chất kháng sinh và ứng dụng thuốc kháng sinh vào điều trị cho con người. Thuật ngữ" chất kháng sinh" lần đầu tiên được Pasteur và Joubert (1877) sử dụng để mô tả hiện tượng kìm hãm khả năng gây bệnh của vi khuẩn Bacillus anthracis trên động vật nhiễm bệnh nếu tiêm vào các động vật này một số loại vi khuẩn hiếu khí lành tính khác.
Babes (1885) đã nêu ra định nghĩa hoạt tính kháng khuẩn của một chủng là đặc tính tổng hợp được các hợp chất hoá học có hoạt tính kìm hãm các chủng đối kháng. Nicolle (1907) là người đầu tiên phát hiện ra hoạt tính kháng khuẩn của Bacillus subtilis có liên quan đến quá trình hình thành bào tử của loại trực khuẩn này. Gratia và đồng nghiệp (1925) đã tách được từ nấm mốc một chế phẩm có thể sử dụng để điều trị hiệu quả các bệnh truyền nhiễm trên da do cầu khuẩn. Mặc dù vậy, trong thực tế mãi tới năm 1929 thuật ngữ " Chất kháng sinh" mới được Alexander Fleming mô tả một cách đầy đủ và chính thức trong báo cáo chi tiết về penicillin.
Thập kỷ 40 và 50 của thế kỷ XX đã ghi nhận những bước tiến vượt bậc của ngành công nghệ sản xuất kháng sinh non trẻ, với hàng loạt sự kiện như : - Khám phá ra hàng loạt Chất kháng sinh, thí dụ như Griseofulvin (1939), gramicidin S (1942) , Streptomycin (1943), bacitracin (1945), cloramphenicol và SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 5 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM polymicin (1947), clotetracyclin và Cephalosporin (1948), neomycin (1949), oxytetracyclin và nystatin (1950), erythromycin (1952), cycloserin (1954), amphotericin B và Vancomycin (1956), metronidazol, kanamycin và rifamycin (1957). - Áp dụng phối hợp các kỹ thuật tuyển chọn và tạo giống tiên tiến (đặc biệt là các kỹ thuật gây đột biến, kỹ thuật dung hợp tế bào, kỹ thuật tái tổ hợp gen .) đã tạo ra những biến chủng công nghiệp có năng lực "siêu tổng hợp" các chất kháng sinh cao gấp hàng ngàn vạn lần các chủng ban đầu. - Triển khai thành công công nghệ lên men chìm quy mô sản xuất công nghiệp để sản xuất Penicillin G (1942) và việc hoàn thiện công nghệ lên men này trên các sản phẩm khác. - Việc phát hiện, tinh chế và sử dụng axit 6 - aminopenicillanic (6-APA, 1959) làm nguyên liệu để sản xuất các chất kháng sinh penicilin bán tổng hợp đã cho phép tạo ra hàng loạt dẫn xuất penicilin và một số kháng sinh - lactam bán tổng hợp khác.
Định nghĩa chất kháng sinh Kháng sinh là những chất có nguồn gốc vi sinh vật, bán tổng hợp hay tổng hợp. Với liều điều trị kháng sinh có tác dụng kìm hãm hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh ngay ở nồng độ thấp. Một số kháng sinh có tác dụng ngăn cản sự phát triển của tế bào ung thư. So với thuốc sát khuẩn, thuốc kháng sinh ít độc với cơ thể hơn vì kháng sinh có khả năng ức chế chọn lọc đối với một số khâu trong quá trình phát triển của vi khuẩn gây bệnh.
Tuy nhiên kháng sinh không phải là chất vô hại đối với cơ thể, một số kháng sinh có thể gây độc với gan thận , hệ thống tạo máu hoặc gây rối loạn tiêu hóa…. SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 6 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM 1. Đơn vị đo kháng sinh Năng lực tích tụ kháng sinh của chủng hay nồng độ chất kháng sinh thường được biểu thị bằng một trong các đơn vị là : mg/ml,µg/ml, hay đơn vị kháng sinh UI/ml (hay UI/g, International Unit). Đơn vị của kháng sinh được định nghĩa là lượng kháng sinh tối thiểu pha trong một thể tích quy ước dung dịch có khả năng ức chế hoàn toàn sự phát triển của chủng vi sinh vật kiểm định đã chọn ; thí dụ, với penicillin là số miligam penicillin pha vào trong 50 ml môi trường và sử dụng Staphylococcus aureus 209P làm chủng kiểm định.
Phân loại kháng sinh 1. Các penicillin Dựa vào nguồn gốc có thể sắp xếp Penicillin vào 3 nhóm : - Penicillin nhóm I :gồm các penicillin tự nhiên được chiết xuất từ môi trường nuôi cấy nấm Penicillium notatum hoặc P chrysogenum như Penicillin G hoặc Penicillin V. Các Penicillin được hấp thu nhanh và thải trừ ra khỏi cơ thể nhanh nên thời gian tác dụng ngắn. Muốn kéo dài tác dụng phải dùng các dẫn xuất của chúng như procain benzyl Penicillin (kéo dài trong 24 h) hoặc benzathin benzyl Penicillin ( kéo dài trong 4 tuần ).
Các Penicillin chậm chỉ dung để tim bắp không được tiêm tỉnh mạch. - Penicillin nhóm II : Gồm các dẫn xuất của các Penicillin bán tổng hợp có phổ kháng khuẩn hẹp hơn Penicillin G nhưng có khả năng kháng Penicilinase dùng để chữa bệnh nhiễm khuẩn do tụ cầu kháng Penicillin nhóm I như methycylin, cloxaxilin. - Penicilin nhóm III : Gồm các Penicillin bán tổng hợp phổ rộng, không kháng được Penicilase nhưng kháng được các vi khuẩn Gram (-) mà các Penicillin SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 7 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM nhóm II ít tác dụng bền vững trong môi trường dịch vị nên có thể dùng để uống như ampixillin, amoxycilin. Các cephalosporin Gồm 4 thế hệ I, II, III, IV.
Thế hệ I, II chủ yếu để điều trị các vi khuẩn Gram(+); thế hệ III, IV chủ yếu để điều trị vi khuẩn Gram(-). Các penicillin kết hợp chất ức chế enzyme β-lactamase - Nhóm tetracycline: gồm tetracyclin, doxycyclin. - Nhóm chloramphenicol: như chlocid, chloramphenicol. - Nhóm macrolide: erythromycin, spiramycin , azthromycin, rovamycin.
Các Aminosid Có từ nguồn gốc vi sinh, có phổ tác dụng rộng, chủ yếu trên vi khuẩn Gram(-), theo nguồn gốc vi sinh có thể chia ra: - Thuốc chiết xuất từ nấm Streptomyces: Streptomicin. - Dihydrostreptomycin, Kanamycin, Neomycin, Paromomycin,. - Thuốc chiết xuất từ Microspora: Gentamicin, Sisimicin,. SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 8 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Sau này, khi thay đổi cấu trúc của các hợp chất tự nhiên nói trên, người ta thu được các thuốc bán tổng hợp như: Amikacin, Netilmicin, Dibekacin,.
Các Chloramphenicol (hay Phenicol) Nhóm này bao gồm 2 kháng sinh: - Chloramphenicol: thường được gọi là Chlorocid, được phân lập từ nấm Streptomyces Venezaclae, nay sản xuất bằng phương pháp tổng hợp toàn phần. Có tác dụng điều trị bệnh thương hàn và sốt phát ban do Rickettsia (là tác nhân truyền bệnh rận, chấy). - Thiamphenicol: là dẫn chất của Chloramphenicol, khi thay thế gốc Nitro bằng gốc Metylsulfon, dung nạp tốt hơn Chloramphenicol. Các Tetracyclin Các Tetracyclin có hoạt phổ rộng (các vi khuẩn Gram(+) và Gram(-), Rickettsia, Xoắn khuẩn,.
Chỉ định điều trị bằng cách kết hợp với các kháng sinh khác để điều trị các bệnh: Brucella, tả, sốt định kỳ, lậu cầu, giang mai, viêm đường tiêu hoá, sốt rét,. Các nhóm khác - Macrolide. Hiện tượng và bản chất của sự kháng thuốc 1. Hiện tượng kháng thuốc Hiện tượng mầm bệnh vẫn còn sống sót sau khi đã điều trị kháng sinh được SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 9 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM gọi là hiện tượng kháng thuốc (trên phương diện kiểm nghiệm), vi sinh vật gây bệnh được coi là kháng thuốc nếu nồng độ MIC của chất kháng sinh kiểm nghiệm in vitro trên đối tượng này cao hơn nồng độ điều trị tối đa cho phép đối với bệnh nhân.
Nguyên nhân hiện tượng kháng thuốc - Việc sử dụng cùng loại kháng sinh kéo dài hoặc lạm dụng thuốc kháng sinh (tuỳ tiện sử dụng thuốc không đúng liều lượng, không đúng chỉ định và không đủ thời gian cần thiết) đã vô tình tạo ra ưu thế phát triển cạnh tranh cho các chủng vi sinh vật có khả năng kháng thuốc. - Xu thế sử dụng tuỳ tiện chất kháng sinh trong chăn nuôi, đặc biệt là bổ sung vào khi chế biến thức ăn gia súc, gia cầm nuôi lấy thịt, trứng, sữa. Khi đó, ngoài các tác dụng có lợi dự kiến, chính chất kháng sinh bổ sung sẽ tạo ra môi trường phát triển chọn lọc cho các chủng mang yếu tố kháng thuốc R trên động vật nuôi. Khi sử dụng thịt, trứng, sữa.
của chúng làm nguyên liệu chế biến, các chủng kháng thuốc này sẽ kéo theo vào trong các sản phẩm thực phẩm. Kết quả khi người tiêu dùng sử dụng các thực phẩm này, một mặt họ phải tiếp nhận phần dư lượng kháng sinh trong sản phẩm; nhưng mặt khác, nguy hiểm hơn là các loại vi sinh vật kháng thuốc trong các sản phẩm thực phẩm thuộc nhóm này có ưu thế tồn tại, phát triển cao hơn. Cách khắc phục Khắc phục hiện tượng kháng thuốc của vi sinh vật gây bệnh: giải pháp trực quan và đơn giản là sử dụng các dạng kháng sinh mới. Tuy nhiên, việc tìm kiếm, phát hiện và sản xuất một kháng sinh mới là cả một khối lượng công việc khổng lồ, tiêu tốn rất nhiều thời gian, nhân lực và tiền bạc.
Trước hết cần triệt để tôn trọng ba nguyên tắc sử dụng thuốc kháng sinh là: SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 10 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM - Chỉ định điều trị kháng sinh đúng (làm kháng sinh đồ để chọn đúng kháng sinh thích hợp để chỉ định điều trị; dùng thuốc đúng liều, đúng phác đồ, đủ thời gian điều trị; chú ý phát hiện sớm dấu hiệu kháng thuốc); - Không lạm dụng kháng sinh khi chưa cần thiết (không lạm dụng "điều trị phòng ngừa" bằng thuốc kháng sinh, nghiêm cấm bệnh nhân tự chỉ định điều trị thuốc kháng sinh thay bác sĩ). - Nghiêm cấm sử dụng tràn lan chất kháng sinh trong chăn nuôi và giám sát chặt chẽ việc sử dụng kháng sinh trong thú y. Nguyên tắc điều hòa sinh tổng hợp kháng sinh Cũng như với tất cả quá trình lên men khác, việc điều chỉnh sinh tổng hợp chất kháng sinh trên nguyên tắc có thể được thực hiện qua hàng loạt cơ chế khác nhau, thí dụ, cơ chế cảm ứng, cơ chế kiềm toả, cơ chế ức chế ngược .Trong thực tiễn cần phải phối hợp hàng loạt các giải pháp khoa học và công nghệ, cụ thể có thể phân chia thành hai nhóm lớn là: - Tuyển chọn và tạo ra các chủng công nghiệp siêu tổng hợp chất kháng sinh - Tối ưu hoá thành phần môi trường, thiết bị lên men và điều kiện vận hành quá trình lên men.