Η μικροβιακή αντοχή στα αντιβιοτικά: ένα σημαντικό άγνωστο πρόβλημα της δημόσιας υγείας

εικ

Σύνθεση Συμπλόκων Στοιχείων Μετάπτωσης με Βιολογικής Σημασίας μόρια. Μελέτη της Αντικαρκινικής και Αντιδιαβητικής τους Δράσης.

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αφορά την μελέτη συμπλόκων ενώσεων του χαλκού, του ψευδαργύρου, του μολυβδαινίου και του βαναδίου με μόρια βιολογικής και φαρμακολογικής σημασίας. Συγκεκριμένα μελετάται η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η ταυτοποίηση συμπλόκων ενώσεων του χαλκού, ψευδαργύρου, μολυβδαινίου και βαναδίου με τους υποκαταστάτες λεβοφλοξασίνη, 1.10-φαινανθρολίνη, 2.2΄-διπυριδίνη, καρνιτίνη, μαλονικό οξύ και καφεϊκό οξύ. Οι υποκαταστάτες αυτοί είναι σημαντικοί διότι εμπλέκονται σε βιολογικές διεργασίες και έχουν φαρμακολογικές εφαρμογές. Τα προαναφερθέντα στοιχεία μετάπτωσης, είναι απαραίτητα για τον άνθρωπο και τα φυτά, συμμετέχοντας σε πολλές βιολογικές δράσεις. Οι κινολόνες είναι μια κατηγορία συνθετικών φαρμάκων, τα οποία είναι παράγωγα της 4-κινολόνης, και είναι γνωστά για την αντιβακτηριακή τους δράση κυρίως λόγω της παρεμπόδισης σχηματισμού του δεοξυριβονουκλεικού οξέος. Στο πλαίσιο αυτό αναφέρεται η σύνθεση, η μελέτη και ο χαρακτηρισμός με στοιχειακή ανάλυση και διάφορες φασματοσκοπικές μεθόδους (IR, UV-Vis, EPR, NMR, TGA) των συμπλόκων ενώσεων της λεβοφλοξασίνης. Παρασκευάσθηκαν σύμπλοκες ενώσεις της τρίτης γενεάς φθοροκινολόνης, λεβοφλοξασίνης, παρουσία και μη υποκαταστατών δοτών ετεροκυκλικών ατόμων αζώτου όπως 2.2- διπυριδίνης και 1.10-φαινανθρολίνης. Σε ορισμένα από αυτά πραγματοποιήθηκε η επίλυση της δομής με περίθλαση ακτίνων Χ. Μελετήθηκε περαιτέρω ο τρόπος αλληλεπίδρασης των συμπλόκων αυτών με DNA καθώς και η δράση τους έναντι τριών διαφορετικών μικροοργανισμών, των Escherichia Coli, Pseudomonas Aeruginosa και Staphylococcus Aureus. Πραγματοποιήθηκε επίσης προσδιορισμός της κυτταροτοξικής τους δράσης έναντι της κυτταρικής σειράς, MCF-7. Περαιτέρω στα σύμπλοκα της λεβοφλοξασίνης με τον ψευδάργυρο πραγματοποιήθηκαν πειράματα μικροσκοπικής φθορισμομετρίας (confocal fluorescent). Η καρνιτίνη, είναι ένα μόριο που εμπλέκεται σε βιολογικές οξειδώσεις. Επιπλέον είναι γνωστή για την αντικαρκινική και αντιδιαβητική της δράση όπως και τα μόρια μαλονικό και καφεϊκό οξύ. Στο πλαίσιο αυτό αναφέρεται η σύνθεση, η μελέτη και ο χαρακτηρισμός με στοιχειακή ανάλυση και διάφορες φασματοσκοπικές μεθόδους (IR, UV-Vis, NMR, TGA) συμπλόκων ενώσεων των προαναφερθέντων υποκαταστατών. Σε ορισμένα από αυτά πραγματοποιήθηκε επίλυση της κρυσταλλικής δομής με περίθλαση ακτίνων Χ. Περαιτέρω πραγματοποιήθηκε προσδιορισμός της αντικαρκινικής και εν μέρει της αντιδιαβητικής τους δράσης in vitro και in vivo. Στα σύμπλοκα της καρνιτίνης πραγματοποιήθηκαν επίσης πειράματα μικροσκοπικής φθορισμομετρίας (confocal fluorescent).The subject of the present doctoral thesis concerns the study of some transition metals with chelating agents that are of biological and pharmacological interest. Particularly, the reaction of copper, zinc, molybdenum and vanadium with the ligands levofloxacin,1.10 phenanthroline, 2.2’ -bipyridine, carnitine, malonic acid and caffeic acid is investigated. These ligands are very important because of their therapeutic applications. In addition the aforementioned transition metals are essential nutrients for humans and plants participating in many biological functions. Quinolones are a class of synthetic drugs which are derivatives of the 4-quinolone, and are known for their antibacterial activity mainly due to the inhibition of formation of deoxyribonucleic acid. In this context is referred, the study and characterization by elemental analysis and various spectroscopic methods (IR, UV-Vis, EPR, NMR, TGA) of complexes of levofloxacin. Complexes of the third generation fluoroquinolone, levofloxacin, were prepared in the presence and absence of heterocyclic substituents donor nitrogen atoms such as 2.2’-bipyridine and 1.10-phenanthroline. In some of them analysis of their structure by X-ray diffraction, was followed. Furthermore it was studied the interaction of these complexes with DNA and the antibacterial activity against three different microorganisms, Escherichia Coli, Pseudomonas Aeruginosa and Staphylococcus Aureus. In addition their cytotoxic activity was evaluated against MCF-7 cell line. Furthermore, experiments of confocal fluorescent were performed for the zinc complexes of levofloxacin. Carnitine is a molecule involved in biological oxidations. Furthermore, it is known for its anticancer and antidiabetic activity like malonate and caffeic acid molecules. In this context, the synthesis, study and characterization by elemental analysis and various spectroscopic methods (IR, UV-Vis, NMR, TGA) of complexes of the above ligands is refered. In some of them crystal structure analysis was performed, by X-ray diffraction while determination of their anticancer and antidiabetic activity was performed. Furthermore, experiments of confocal fluorescent were performed for the complexes of carnitine

Μελέτη της αντοχής πολυανθεκτικών βακτηρίων και θεραπεία αυτών με νεότερα αντιβιοτικά. Βιβλιογραφική ανασκόπηση

Τα βακτήρια βρίσκονται παντού στη φύση και σε κάθε πτυχή της ανθρώπινης ύπαρξης. Σε ένα οικολογικό περιβάλλον που συνεχώς μεταβάλλεται, τα βακτήρια παρουσιάζουν ιδιαίτερη προσαρμοστικότητα. Η υπερκατανάλωση των αντιβιοτικών και η κακή χρήση τους συμβάλλει στην ανάπτυξη βακτηριών ανθεκτικών στα αντιβιοτικά, τα επονομαζόμενα πολυανθεκτικά βακτήρια. Τα αντιβιοτικά για να δράσουν εναντίων των βακτηρίων παρεμβαίνουν σε βασικές δομικές λειτουργίες του βακτηριακού κυττάρου, με τελικό σκοπό να το σκοτώσουν. Από τη μεριά τους όμως τα βακτήρια αναπτύσσουν τους δικούς τους μηχανισμούς αντίστασης έναντι των αντιβιοτικών, τους οποίους συνεχώς μεταβάλλουν, είτε σε ατομικό επίπεδο είτε και σε επίπεδο κοινότητας. Τη μεγάλη επιστημονική έξαρση των αντιβιοτικών ανακαλύψεων στις δεκαετίες 1940-1960, ακολούθησε ένα μεγάλο διάστημα στασιμότητας έως το 2000. Πλέον αυτά τα αντιβιοτικά δείχνουν να μην επαρκούν για να διασπάσουν τους μηχανισμούς αντοχής που αναπτύσσουν τα πολυανθεκτικά βακτήρια. Έτσι η ανακάλυψη νέων αντιβιοτικών και κυρίως τα τελευταία χρόνια η ανάπτυξη συνδυαστικών αντιβιοτικών σκευασμάτων, προσφέρει στα χέρια της επιστήμης σημαντικά όπλα για την αντιμετώπισή τους. Στην παρούσα βιβλιογραφική ανασκόπηση θα μελετήσουμε την κατηγορία των Gram-αρνητικών βακτηρίων, υπεύθυνων για τις σοβαρότερες ενδονοσοκομειακές λοιμώξεις, τα οποία παρουσιάζουν ιδιαίτερη αντοχή στα αντιμικροβιακά φάρμακα. Θα εξετάσουμε τους μηχανισμούς δράσης των αντιβιοτικών αλλά και τους μηχανισμούς αντίστασης των βακτηρίων. Θα επικεντρωθούμε στην κατηγορία των ενζύμων που ονομάζονται β-λακταμάσες και θα μελετήσουμε παραδοσιακά αντιβιοτικά όπως τα β-λακταμικά αντιβιοτικά, τις πολυμυξίνες, τις τετρακυκλίνες, τις αμινογλυκοσίδες και τις κινολόνες αλλά κι νεότερα όπως την εραβακυκλίνη, την πλαζομυκίνη, την κεφτολοζάνη/ταζομπακτάμη, την κεφταζιδίμη/αβιβακτάμη, τη μεροπενέμη/βαμπορβακτάμη και την ιμιπενέμη/σιλαστατίνη/ρελεμπακτάμη. Θα αναλύσουμε τον τρόπο δράσης των παραπάνω αντιβιοτικών, θα μελετήσουμε διενεργηθείσες κλινικές μελέτες και in vitro μελέτες και θα εμβαθύνουμε σε κάποιες από αυτές καταλήγοντας τέλος σε ένα συμπέρασμα αντιστοίχισης του καταλληλότερου αντιβιοτικού σκευάσματος ανά περίπτωση βακτηρίου, παρουσίας ενζύμου και νόσου.Bacteria are found everywhere in nature and in every aspect of human existence. In an ecological environment that is constantly changing, bacteria show particular adaptability. The over-consumption and misuse of antibiotics contributes to the development of antibiotic-resistant bacteria, the so-called multi-resistant bacteria. In order to work against bacteria, antibiotics interfere with the basic structural functions of the bacterial cell with the ultimate goal of killing it. The bacteria, however, develop their own resistance mechanisms against antibiotics and they constantly change them, either individually or communally. The great scientific growth of antibiotic discoveries from the 1940s to 1960s, was followed by a long period of stagnation until 2000. Nowadays these antibiotics appear to be insufficient to break down the resistance mechanisms developed by multiresistant bacteria. Thus, the discovery of new antibiotics and especially in recent years the development of combined antibiotic preparations, offers to science important weapons to deal with them. In this literature review we will study the category of Gram-negative bacteria, responsible for the most serious nosocomial infections, which show particular resistance to antimicrobial drugs. We will examine the mechanisms of action of antibiotics as well as the resistance mechanisms of bacteria. We will focus on the class of enzymes called β-lactamases and study traditional antibiotics such as β-lactam antibiotics, polymyxins, tetracyclines, aminoglycosides and quinolones but also newer ones such as eravacycline, plazomycin, ceftolozane/tazobactam, ceftazamide/avibactam, meropenem/vaborbactam and imipenem/cilastatin/relebactam. We will analyze the mode of action of the above antibiotics, we will study conducted clinical studies and in vitro studies and we will delve into some of them, finally reaching a conclusion of matching the most suitable antibiotic formulation per case of bacteria, presence of enzyme and disease