主要抗生素是如何起作用的?关于芳基霉素的事实

作者:

琳达Crampton
更新日期:

2022年5月9日

这是一个革兰氏阳性细菌细胞。有些细菌呈球形或螺旋形。

Ali Zifran，通过维基共享资源，CC BY-SA 4.0许可

抗生素与疾病治疗

抗生素是消灭致病细菌的重要化学物质。下面介绍五种主要抗生素的作用方法。这些类别中的药物通常用于治疗疾病。不幸的是，其中一些正在失去效力。

目前，细菌的抗生素耐药性是一个严重的问题，而且正变得越来越严重。有些疾病比过去更难治疗。新的和潜在的重要抗生素的发现总是令人兴奋的。一组化学物质可以为我们提供有效的药物来对抗细菌，那就是芳基霉素。

本文讨论:

beta-lactams
大环内酯类
喹诺酮类
四环素
氨基糖甙类
arylomycins

上面列出的前五类抗生素是常用的。最后一个还没有使用，但将来可能会使用。

为什么抗生素不会伤害我们的细胞?

我们的身体由细胞组成。抗生素可以伤害细菌细胞，但不能伤害我们的细胞。对这一观察结果的解释是，细菌细胞和人类细胞之间存在一些重要的差异。抗生素攻击的是我们细胞所不具备的特征，或者是我们身上略有不同的特征。

目前抗生素的作用取决于细菌和人类之间的下列区别之一。细菌细胞有细胞壁覆盖，而我们的细胞没有。细菌和人类的细胞膜结构不同。用于制造蛋白质或复制DNA的结构或分子也存在差异。

抗生素的选择取决于多种因素。其中一个问题是药物是窄谱抗生素(影响范围很小的细菌)还是对大范围细菌有效的广谱药物。其他需要考虑的因素包括药物治疗特定疾病的有效性及其潜在的副作用。革兰氏阳性细菌有时需要与革兰氏阴性细菌不同的处理方法。

革兰氏染色法

革兰氏染色区分革兰氏阳性细胞和革兰氏阴性细胞。革兰氏阳性细胞染色后呈紫色，革兰氏阴性细胞呈粉红色。不同的结果反映了结构的差异。这种染色系统是由丹麦细菌学家汉斯·克里斯蒂安·格拉姆(Hans Christian Gram, 1853-1938)发明的。由于这个原因，一些出版物在描述染色系统时大写单词“Gram”。

革兰氏阳性细胞被细胞膜覆盖，细胞膜又被一层由肽聚糖构成的厚细胞壁覆盖。革兰氏阴性细胞细胞壁较薄，两侧有膜。

革兰氏染色具有医学和科学意义。有些抗生素对革兰氏阳性细菌有效，但对革兰氏阴性细菌无效，反之亦然。其他药物对两种细菌都有效，但可能对其中一种更有效。值得注意的是，针对革兰氏阳性微生物(或革兰氏阴性微生物)的抗生素可能并不适用于该组中的每种细菌或菌株。

Beta-Lactams

β-内酰胺或β-内酰胺抗生素是广谱药物。它们对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌有效，但通常对第一种细菌更有效。

-内酰胺类包括青霉素、氨苄西林和阿莫西林。青霉素是一种天然抗生素，由一种霉菌制成，霉菌是一种真菌。大多数抗生素是在真菌或细菌中发现的，它们会产生化学物质来破坏可能对它们有害的生物。这些化学物质的生产和释放过程通常不会对制造它们的人造成伤害。氨苄西林和阿莫西林是由青霉素衍生的半合成药物。头孢菌素和碳青霉烯类也是β -内酰胺类抗生素。

β -内酰胺类抗生素的好处在于，细菌的细胞或质膜周围有细胞壁，而我们的细胞没有。肽聚糖壁是一个相对较厚和坚固的层，保护细菌细胞。细胞膜起着至关重要的作用，但比细胞壁薄得多。

肽聚糖含有交替的NAG (n -乙酰氨基葡萄糖胺或n -乙酰氨基葡萄糖胺)和NAM (n -乙酰muramic acid)分子链，如上图所示。由氨基酸组成的短交联连接链并增强壁的强度。交联形成的一个步骤是由青霉素结合蛋白(PBPs)控制的。β -内酰胺类抗生素与PBPs结合并阻止它们发挥作用。交联无法形成，减弱的细胞壁破裂。细菌死亡，通常是由于液体进入细胞并导致细胞破裂。

大环内酯类

像许多抗生素一样，大环内酯是天然的化学物质，已经产生了半合成版本。红霉素是常见的大环内酯类药物。它是由一种曾经被命名为链霉菌属erythraeus。这种细菌目前被称为Saccharopolyspora erythraea。

大环内酯类对大多数革兰氏阳性细菌和一些革兰氏阴性细菌有效。它们抑制细菌中蛋白质的合成，从而杀死微生物。蛋白质是细胞结构和功能的重要组成部分。

蛋白质合成的过程可以总结如下。

DNA含有制造蛋白质的化学指令。指令被复制到信使RNA或mRNA分子中，这一过程被称为转录。
信使rna进入称为核糖体的细胞结构。蛋白质是在这些结构的表面产生的。
转移RNA或tRNA分子将氨基酸带到核糖体并“阅读”mRNA中的指令。
氨基酸以正确的顺序结合，形成每一种所需的蛋白质。在核糖体表面构建蛋白质分子的过程称为翻译。

大环内酯与细菌核糖体表面结合，阻止蛋白质合成过程。核糖体包含两个亚基。在细菌中，它们被称为50亚基和30亚基。第二个亚基比第一个小。(s代表斯维德贝格单位。)大环内酯与50亚基结合。核糖体由60亚基和40亚基组成。

喹诺酮类

喹诺酮类药物存在于自然界的许多地方，但用作药物的喹诺酮类药物通常是合成的。大多数喹诺酮类含有氟，被称为氟喹诺酮类。环丙沙星是氟喹诺酮类药物的常见例子。喹诺酮类抗生素对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌都有效。

一个细菌细胞分裂成两个细胞，这个过程被称为二元裂变。在分裂开始之前，细胞中的DNA分子会进行复制，或自我复制。这使得裂变产生的每个细胞都有一个相同的分子副本。

DNA分子由两股相互缠绕形成双螺旋结构组成。为了复制的发生，螺旋在一段接一段地展开。DNA旋回酶是一种细菌酶，它有助于缓解DNA螺旋中的压力。随着DNA螺旋结构的分解，这些菌株生长在“超螺旋”的区域。

喹诺酮类抗生素通过抑制DNA旋回酶杀死细菌。这会阻止DNA复制并阻止细胞分裂。在一些细菌中，喹诺酮类药物抑制了一种叫做拓扑异构酶IV的酶，而不是DNA。这种酶在放松DNA超级线圈中起着作用，如果它被抑制就不能发挥作用。

氟喹诺酮类药物使用的可能副作用

喹诺酮类药物被广泛使用，因为它们非常有用。和所有药物一样，它们也会产生副作用。这些影响可能是轻微的，但不幸的是，有些人在使用药物后会出现严重的问题。科学家们现在正在关注这种情况，并正在调查这些药物的效果。

有足够的证据表明氟喹诺酮类药物的潜在危害，FDA(食品和药物管理局)对抗生素的使用发出警告。FDA是美国政府机构。该组织表示，这些药物会导致“涉及肌腱、肌肉、关节、神经和中枢神经系统的致残副作用”。这些副作用可在接触氟喹诺酮类药物数小时至数周后发生，并可能是永久性的。”下面的“参考”部分列出了包含警告的文档。

尽管FDA发出警告，但该组织表示，在一些严重疾病中，氟喹诺酮类药物的益处超过了风险。它还表示，这些药物仍应用于治疗某些没有其他有效治疗方法的疾病。

氟喹诺酮类药物有风险也有益处，应该非常仔细地考虑。重要的是，卫生保健提供者和患者都要意识到氟喹诺酮类药物的风险和益处，并在知情的情况下做出使用决定。

——爱德华·考克斯，医学博士，食品和药物管理局

四环素类和氨基糖苷类

关于四环素的事实

第一批四环素是从链霉菌属的土壤细菌中获得的。与大多数抗生素一样，现在生产半合成形式的抗生素。四环素是四环素类中一种特殊抗生素的名称。它以各种品牌出售，包括Sumycin。它最显著的副作用是会导致幼儿牙齿永久染色。

四环素是一种具有四环分子结构的广谱抗生素。它们能杀死革兰氏阳性和革兰氏阴性的好氧细菌(需要氧气才能生长)。它们在消灭厌氧菌方面要差得多。像大环内酯一样，它们与细菌核糖体结合并抑制蛋白质合成。与大环内酯不同，它们与核糖体的30亚基结合。

关于氨基糖苷的事实

氨基糖苷类是窄谱抗生素。它们对杆菌类中的需氧革兰氏阴性细菌和部分厌氧革兰氏阳性细菌有影响。链霉素是氨基糖苷的一个例子。它是由一种叫做链霉菌属将。如四环素，氨基糖苷类通过与核糖体的30s亚基结合来伤害细菌，从而抑制蛋白质合成。

不幸的是，氨基糖苷类有时会引起有害的副作用。它们可能对肾脏和内耳有毒。在一些患者中，它们会引起感音神经性听力损失和耳鸣。

细菌在抗生素存在的情况下生存的能力被称为抗生素耐药性。芳基霉素可能有助于阻碍抗生素耐药性，因为它们以不同于现有抗生素的方式攻击细菌。

抗生素耐药性的发展

由于抗生素耐药性的发展，许多抗生素不再像以前那样有效。这一过程的发生是因为细菌从其他细菌那里获得了基因，或者随着时间的推移，它们自己的基因集合发生了变化。

获得或发展出有益基因变异的单个细菌在接触抗生素时存活下来。在繁殖过程中，它们将有益变异的副本传递给后代。没有变异的个体会被抗生素杀死。随着这一过程的重复，人群将逐渐对药物产生耐药性。

不幸的是，科学家们预计，只要时间足够长，细菌就会对任何抗生素产生耐药性。我们有能力通过仅在必要时使用抗生素和在处方时正确使用抗生素来减缓这一过程。这将给我们更多的时间来寻找新药。一种可能有助于对抗细菌的新型抗生素是芳丽霉素。

抗生素抗性的表现

Graham beard博士，通过维基共享资源，CC BY-SA 4.0许可

上面盘子里的白圈里含有抗生素。清晰的区域代表细菌培养物被抗生素杀死的区域。能够在白圈周围生长的细菌对抗生素有抗药性。

Arylomycins

芳基霉素对抗革兰氏阴性细菌。虽然也有例外，但革兰氏阴性菌对我们来说往往更危险。这些化学物质之所以令人感兴趣，是因为它们杀死细菌的方法与其他药用抗生素不同。

我们目前使用的大多数抗生素都是通过干扰细胞壁、细胞膜或蛋白质合成来破坏细菌的。少数会影响DNA的结构或功能，或干扰叶酸的合成。(叶酸是维生素b的一种形式)芳基霉素的作用机制不同。它们抑制一种叫做细菌1型信号肽酶的细菌酶。由于我们还没有使用芳基霉素作为抗生素，许多细菌可能仍然容易受到它们的影响。

在自然形态下，芳基霉素只能杀死一小部分革兰氏阴性细菌，而且效果不强。研究人员最近创造了一种名为G0775的人工版本，它似乎更有效，而且具有更广泛的活动范围。这一发现令人兴奋。在美国，50多年来没有一种新的抗生素被批准用于治疗革兰氏阴性细菌。

革兰氏阴性细菌的外层

Jeff Dahl，通过维基共享资源，CC BY-SA 3.0许可

信号肽酶抑制

信号肽酶是一种酶，它从蛋白质中去除一种叫做信号肽的延伸。去除这一延伸可以激活蛋白质。如果信号肽酶被抑制，相关蛋白质就不会被激活，无法发挥它们的功能，而这些功能对细菌细胞的生命至关重要。结果，细胞死亡。

在革兰氏阳性细胞中，信号肽酶位于细胞膜表面附近。在革兰氏阴性细胞中，它位于内膜表面附近。无论哪种情况，如果我们能使用一种化学物质使信号肽酶失活，我们就能杀死细菌。G0775可能是一种合适的化学品。

用于攻击革兰氏阴性细胞的药物必须穿过外膜和肽聚糖层(或细胞壁)才能到达内膜。这就是为什么很难为这些细胞制造有效的抗生素的原因之一。然而，G0775能够穿透细胞的外层并到达信号肽酶。

G0775的一个问题是，这种药物已经在孤立的细胞和小鼠中进行了测试，但(据我所知)还没有在人体中进行测试。好消息是，它已经摧毁了一系列细菌，包括革兰氏阴性、革兰氏阳性和多重耐药细菌。

抗生素的好处和问题

芳基霉素的作用不像许多其他抗生素那样为人所知。另一个问题是需要对其毒性进行调查。芳霉素分子的一些结构特征使某些研究人员想起了对肾脏有毒的分子。他们需要弄清楚相似性是否不重要，还是需要担心。

已经发现了一些新的抗生素候选药物。证明一种药物对人类既有益又安全是需要时间的。希望新的候选药物会继续出现，测试将表明优化后的芳霉素和其他可能有用的化学物质对我们是安全的。

参考文献

信息抗生素来自犹他大学
抗菌药物来自默克公司手册
人类核糖体子单元摘自《自然》杂志
FDA警告氟喹诺酮类抗生素使用
抗生素G0775可抑制耐药性来自英国皇家化学学会
一个新的抗生素摘自《科学》(美国科学促进会出版物)

据作者所知，这一内容是准确和真实的，不能取代有执照的健康专业人员的诊断、预后、治疗、处方和/或饮食建议。药物、补品和自然疗法可能有危险的副作用。如果怀孕或哺乳，请单独咨询合格的提供者。如果遇到医疗紧急情况，请立即寻求帮助。

琳达·克兰普顿(作者)2020年3月21日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你有趣的评论，佩吉。对抗生素的耐药性无疑正在成为一个主要问题。我希望很快就能找到一些好的解决办法。

佩吉·伍兹2020年3月21日，德克萨斯州休斯顿:

抗生素耐药性正成为一个巨大的问题。人们在开处方时没有服用规定的剂量，这是部分责任。当然，随着时间的推移，细菌也在变异。这是一个复杂的问题。希望随着时间的推移，新的防线将很快出现，对人类来说是有效和安全的。说到医学，没有什么是一成不变的。

琳达·克兰普顿(作者)2019年8月14日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

很遗憾氟喹诺酮类抗生素引起了问题。我们需要帮助来对抗有害细菌，但无论使用什么方法，都必须对我们是安全的。谢谢你的评论。

RTalloni2019年8月14日:

感谢你对抗生素的了解。G0775是一个令人兴奋的发现。现代医学的进步有许多值得我们感谢的地方。氟喹诺酮类药物引起的痛苦是我所熟悉的，所以我总是有兴趣了解更多关于抗生素的知识，以备将来需要。医生花了这么长时间才注意到患者因氟喹诺酮类药物而经历了什么，这有很多后果，导致严重缺乏信任，人们只能希望这些教训不会在未来的研究中被忽视。

琳达·克兰普顿(作者)2018年9月29日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你的评论，德维卡。我非常感激。

DDE2018年9月29日:

我认为你所有的中心都在某种程度上对某人有益。为了让你的中心变得完美和吸引读者，你所花费的研究时间是惊人的!

琳达·克兰普顿(作者)2018年9月23日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

嗨,艾德丽安。谢谢你来看我。这是一个重要而可怕的话题。我们迫切需要新的抗生素。

艾德丽安Farricelli2018年9月23日:

琳达，这是一个非常重要的话题。一想到抗生素耐药性就很可怕。青霉素的发明者亚历山大·弗莱明多年前就预言了这一点。

琳达·克兰普顿(作者)2018年9月19日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

谢谢你的建议，马纳塔。

manatita442018年9月19日，伦敦:

我忘了说，开发一个像你的名字一样的索引可能是值得的，你的一些工作是非常有益和持久的。

琳达·克兰普顿(作者)2018年9月19日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

我一如既往地感谢你的评论，马纳塔。谢谢你分享这些信息。随着抗生素的效果越来越差，我们需要探索治疗疾病的新方法。

manatita442018年9月19日，伦敦:

这是一篇非常全面和有教育意义的文章。这一个，就像你的其他一些，非常适合我的领域。研究人员对抗生素发动战争已经有一段时间了，仅仅是因为抗生素正在或已经开始对我们发动战争。

美国的营养疗法，如莫尔斯医生和格伦迪医生(格伦迪实际上很不寻常，因为他是外科顾问医生)一直在使用pre和益生菌，随着时间的推移，它们的疗效不断提高。格伦迪有一本书叫《植物悖论》，你可能会喜欢。

这似乎是有希望的，但你会知道，这是一个不断变化的环境，很多事情都可能发生。非常感谢!

琳达·克兰普顿(作者)2018年9月18日，加拿大不列颠哥伦比亚省:

你好,帕拉山。谢谢你的评论。我读过一些关于老鼠的有趣研究，与你所说的有关。研究人员发现，在使用抗生素后，小鼠的免疫系统效率下降。其他研究表明，当抗生素杀死肠道中的有益细菌时，它们间接地伤害了宿主。我还读到过一些抗生素可能会影响线粒体功能。有人认为，这是因为线粒体被认为曾经是细菌。从生物学角度来说，这是一个迷人的想法，但情况令人担忧。我们需要安全有效的抗生素。

帕拉山Lakshmana2018年9月17日，印度班加罗尔:

一篇很棒的文章，琳达。下面是关于这些药物的一些有趣的事实。现在很多抗生素确实会干扰一些身体机能来达到它们的目的。在这个过程中，它们也会降低人体增强自身免疫力的能力，这是一个主要问题，因为许多细菌对这些药物产生了耐药性。