TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİ 11.05.2019

ENZİM ve MİKROBİYAL BİYOTEKNOLOJİ 11.05.2019

MİKROBİYAL BİYOTEKNOLOJİ 4.hafta 11.05.2019

Mikroorganizmalara karşı mikroorganizmalar Mikrobiyal Biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKTOOTGANİZMALAR Gen Aktarımı ile Terapötik Proteinler Mikroorganizmalara karşı mikroorganizmalar Antibiyotikler diğer mikroorganizmalara karşı kullanılan antimikrobiyal ilaçlardır Bir antibiyotik; bir mikroorganizma tarafından çok küçük miktarlarda üretilen bir madde olup diğer mikroorganizmaları öldürür ya da üremesini engeller.

İlk keşfedilen antibiyotik 1928 de penisilinin keşfi (Alexander Fleming) Diğer bakterilerin üremesini engellerler.

Dar spektum tercih edilir Antimikrobiyal ajanlar spektrum bakımından değişkendirler GENİŞ SPEKTRUM tetrasiklin, streptomisin, sefalosporinler, ampisilin, sulfonamidler DAR SPEKTRUM penicillin G, eritromisin, klindamisin, gentamisin Hem gram + hem de gram – bakterilere karşı etkin olan ilaçlar Sadece gram + ya da sadece gram – bakterilere veya sadece birkaç türe karşı etkin ilaçlar Dar spektum tercih edilir vücudun normal florasına en az zarar verirler ve fırsatçı mikroorganizmaların süperenfeksiyonunu engellerler Diğer tehlikeler: ilaç toksisitesi, alerjik reaksiyonlar,dirençli mikroorganizmaların seçimi

Mikrobiyal biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Gen Aktarımı ile Terapötik Proteinler Mikroorganizmalara karşı mikroorganizmalar Geleneksel genetik yada rekombinant DNA teknolojilerinin kullanımıyla, mikroorganizmalar antibiyotik ve diğer antimikrobiyal ajanların verimini ve etkisini güçlendirmek amacıyla modifiye edilebilirler. Hem doğal hem de kimyasal olarak kuvvetlendirilmiş mikrobiyal ürünler insan, hayvan ve bitki hastalıklarını kontrolde kullanılabilir.

Mikrobiyal biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Gen Aktarımı ile Terapötik Proteinler Mikroorganizmalara karşı mikroorganizmalar Yeni araştırma yönetimleri hipertansiyon, koroner kalp hastalıkları, kanser ve inflamasyonun tedavisinde faydalı farmakolojik aktiviteli mikrobiyal metabolitleri keşfetmeyi amaçlamaktadır.

Orjinlerine göre 2 antimikrobiyal kematerapötik ajan sınıfı vardır: 1. Antibiyotikler: diğer mikroorganizmaları inhibe eden ya da öldüren bir mikroorganizmaya ait metabolik ürünler olarak üretilen maddelerdir 2. Antimikrobiyal kematerapötik kimyasallar: mikroorganizmalar üzerinde tedavi amaçlı kullanılabilen laboratuvarda sentezlenen kimyasallardır. Bugün sınıflar arasında kesin ayırım yapmak zordur, çünkü çoğu antibiyotik laboratuvarda ciddi oranda modifiye edilmektedir (semi sentetik) hatta mikroorganizmaların yardımı olmaksızın sentezlenmektedir.

Majör antimikrobiyal ajanların etki mekanizmaları

Yaygın kullanılan antimikrobiyal kematerapötik ajanlar etki mekanizmalarına göre farkı gruplara ayrılırlar Peptidoglikan sentezini engelleyen antimikrobiyal ajanlar Sitoplazmik zarı değiştiren antimikrobiyal ajanlar Protein sentezini engelleyen antimikrobiyal ajanlar DNA sentezini bozan antimikrobiyal ajanlar

Peptidoglikan sentezini engelleyen antimikrobiyal ajanlar Aktif olarak bölünmekte olan bakterilerde osmotik lizise neden olur Penisilinler, sefalosporinler, karbapenemler, monobaktamlar, karbasephemler, vankomisin, basitrasin

Sitoplazmik zarı değiştiren antimikrobiyal ajanlar Sitoplazmik membranın değişmesine ve hücre materyallerinin sızmasına neden olur Polimiksin B, nistatin, imidazol

Protein sentezini engelleyen antimikrobiyal ajanlar Translasyon seviyesinde bakterilerin yapısal proteinlerin ve enzimlerin sentezini engeller

DNA sentezini bozan antimikrobiyal ajanlar Öncül sentezinin inhibisyonu Bakterilerde nukleotit bazları timin, guanin, urasil, adenin, sitozini yapmak için gerekli olan bir kofaktör olan tetrahidrofolik ait sentezi için gerekli olan yolaktaki enzimleri bloke eder. DNA replikasyon inhibitörleri DNA-giraz enzimini inhibe eder DNA ya doğrudan hasar Transkripsiyon inhibitörleri mRNA sentezini bloke ederler

Yıllık dünyaçapında antibiyotik üretimi ve kullanımı Her yıl 500 bin tondan fazla kematerapötik ajanlar piyasaya sürülmektedir.

İnsan hastalıklarının tedavisinde kullanılan antibiyotikleri olan -dünya antibiyotik marketinin %60 ını ve 30 milyar dolarlık bir pazarı oluşturur

Seçilen kematerapötik ajanların antimikrobiyal spektrumları

SENTETİK ANTİMİKROBİYAL İLAÇLAR Büyüme faktörü analogları (aminoasitlerin, pürinlerin, pirimidinlerin vitaminlerin) Sulfa ilaçları Quinolonlar

Izoniazid Sadece M. tuberculosis e karşı Bir nikotinamid (vitamin; mikolik asit ve üstelik hücre duvarı sentezi) analoğu

Quinolonlar DNA giraza kendini bağlayarak DNA nın süperkatlanma oluşturmasını engelleyip bakterinin DNA replikasyonunun bloke eder. NALIDIKSIK ASİT prototipidir. Fluoroquinolon türevleri, ör. ciprofloxacin insanlarda idrar yolu enfeksiyonlarının tedavisinde ve ayrıca sığır eti ve kümes hayvanları etleri endüstrisinde kullanılır Geniş spektrumlu, hem gram (+) hem (-) bakteriler. Penisiline dirençli B. anthracis e karşı en iyi seçim!

Doğal olarak oluşan antimikrobiyal ilaçlar ANTİBİYOTİKLER

Penisilinler the site of action for most ß-lactamases

Tetrasiklinin yapısı ve önemli yarısentetik analoglar

Bazı Antifungal kematerapötik ajanların etki gösterdikleri yerler-birkaç tane genellikle topikal olarak kullanılırlar ör. Amfoterisinn B (oral) ve kandisidin (makrosiklik) Tarımda kullanılır, tıpta kullanılmaz Oral/topikal Oral Aromatik

Antiviral ilaçlar Nukleozit analogları: Proteaz inhibitörleri -DNA virüsleri (Herpes, HBV, vs): Viral polimeraz inhibitörleri -RNA viruses (HIV, vs): RT inhibitörleri. ör. Zidovudine (timidin dideoksi türevi, 3’ OH grubu yok) Proteaz inhibitörleri -HIV Interferonlar (alpha, beta, gamma) Düşük MW (17.000); lenfositler, fibroblastlar; virüs türü değil., geniş spektrum. Rekombinant interferon: antiviral, antikanser.

Antimikrobiyal kematerapötik ajanlara mikrobiyal direnç Antibiyotiği inaktive eden ya da detoksifiye eden enzimleri üretme ör; penisillinaz ve diğer beta-laktamazlar. Antibiyotiğin bakteride bağlanma yerini bloklamak ya da indirgemek üzere bakterideki hedef bölgeyi değiştirme, e.g., hafifçe değiştirilmiş ribozomal altbirimi üretmek; hala işlevseldir ancak ilaç bağlanamaz. Bakteri içerisine antimikrobiyal ajanın taşınımını engellemek (membran geçirgenliğini azaltmak), eg., değişmiş bir sitoplazmik zar ya da dış zar üretmek. İlaç tarafından etkilenmeyen alternatif metabolik yolak geliştirmek; eg. Antimikrobiyal ajan tarafından bloklanacak olan metabolik basamağın by-pass edilmesi Hedefin üretimini artırmak, Antimikrobiyal ajanın hücre dışına atılması

Antimikrobiyal kematerapötik ajanlara mikrobiyal direnç Mutasyon DNA nın genetik rekombinasyonu veya Diğer bakterilerden plasmidlerin (R plasmidleri) eldesi sonucunda doğal olarak meydana gelir. Antimikrobiyal ajana maruz kalma ardından bu organizma suşlarının seçilimi. Doğrudan seçim: enfeksiyon bölgesinde antibiyotiğe dirençli patojenlerin seçimi Dolaylı seçim : Antibiyotiğe dirençli normal floranın seçimi

Antimikrobiyal kematerapötik ajanlara mikrobiyal direnç Çoğu gram negatif bakteriler R (direnç) plasmidlerine sahiptirler R plasmidler bahsedilen çoklu antibiyotik direncini kodlayan genlere sahiptirler. Ayrıca R plasmidleri eşey pilusunu kodlayan transfer genlere de sahiptirler. Böyle bir organizma diğer bakterilerle konjuge olabilir ve R plasmidini onlara aktarır.

Antimikrobiyal ilaç direncinin yayılması R plasmidleri İlaçları uygunsuz ve yoğun (aşırı kullanım; ör. Gonorrheae da penisilin ) Tarımda ilaçların tıbbi amaçlar dışında kullanımı (koruyucu+ büyüme başlatıcısı); gıda enfeksiyonu salgınları

Antibiyotik tedavisinin başlangıcından beri bazı insan patojenlerinde antimikrobiyal ilaç direncinin gözükmesi Ayrııca aşırı tıbbi amçlar dışında kullanım (koruyucu): Hayvan büyümesini destek için veterinerlikte kullanım * Bu organizmaların bazı çoklu ilaç direnci gösteren suşları şuan bilinen antimikrobiyal ilaçlarla tedavi edilememektedir.

Antimikrobiya İlaçlara dirençli bakterilerin doğuşu Antibiyotiğe dirençli diarrheal hastalarınıdan izole edilen bakteri yüzdesi Ve antibiyotik kullanımı arasındaki ilişki İlaca dirençli suşların yol açtığı rapor edilmiş gonorrhea vakalarının yüzdesi . Rapor edilen ilaç direnci vakalarını n%95 ten fazlası Neisseria gonorrhoeae nın penisillinaz üreten suşlarından dolayıdır. 1990dan beri oluşan bu direnç bnedeni ile gonorrhea hastalığının tedavisinde penisilin tedavisi önerilmez

Yeni kemoterapötikler için araştırmalar Doğadan araştırma Kombinasyonel sentez Kişiye özel olanlar Varolanların yeni analogları (otomatik kombinatoryal kimya) Bilgisayarlı ilaç dizaynı