Skip to main content
Global

14.1: اكتشاف الأدوية المضادة للميكروبات

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    195428

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    أهداف التعلم

    • قارن بين الأدوية الطبيعية وشبه الاصطناعية والاصطناعية المضادة للميكروبات
    • وصف مناهج العلاج الكيميائي للمجتمعات القديمة
    • وصف الأفراد والأحداث المهمة تاريخيًا التي أدت إلى تطوير الأدوية المضادة للميكروبات

    التركيز السريري: الجزء الأول

    كانت ماريسا، وهي امرأة تبلغ من العمر 52 عامًا، تعاني من آلام شديدة في البطن وتورم الغدد الليمفاوية والتعب والحمى. كانت قد عادت للتو إلى المنزل من زيارة الأسرة الممتدة في بلدها الأصلي كمبوديا. أثناء وجودها في الخارج، تلقت رعاية طبية في فيتنام المجاورة لحبل الشوكي المضغوط. لا تزال تشعر بعدم الراحة عند مغادرة كمبوديا، لكن الألم زاد مع استمرار رحلتها إلى المنزل وقادها زوجها مباشرة من المطار إلى غرفة الطوارئ.

    يدرس طبيبها ما إذا كانت ماريسا قد تعاني من التهاب الزائدة الدودية أو عدوى المسالك البولية (UTI) أو مرض التهاب الحوض (PID). ومع ذلك، فإن كل حالة من هذه الحالات عادة ما تسبقها أو تصاحبها أعراض إضافية. يأخذ في الاعتبار العلاج الذي تلقته في فيتنام لحبلها الشوكي المضغوط، لكن آلام البطن لا ترتبط عادة بانضغاط الحبل الشوكي. يفحص تاريخها الصحي بشكل أكبر.

    التمارين\(\PageIndex{1}\)

    1. ما نوع العدوى أو الحالات الأخرى التي قد تكون مسؤولة؟
    2. ما نوع الاختبارات المعملية التي قد يطلبها الطبيب؟

    يربط معظم الأشخاص مصطلح العلاج الكيميائي بعلاجات السرطان. ومع ذلك، فإن العلاج الكيميائي هو في الواقع مصطلح أوسع يشير إلى أي استخدام للمواد الكيميائية أو الأدوية لعلاج المرض. قد يشمل العلاج الكيميائي الأدوية التي تستهدف الخلايا أو الأنسجة السرطانية، أو قد يشمل الأدوية المضادة للميكروبات التي تستهدف الكائنات الحية الدقيقة المعدية. عادةً ما تعمل الأدوية المضادة للميكروبات عن طريق تدمير الهياكل الميكروبية والإنزيمات أو التدخل فيها، إما بقتل الخلايا الميكروبية أو تثبيط نموها. ولكن قبل أن ندرس كيفية عمل هذه الأدوية، سوف نستكشف بإيجاز تاريخ استخدام البشر لمضادات الميكروبات لغرض العلاج الكيميائي.

    استخدام مضادات الميكروبات في المجتمعات القديمة

    على الرغم من أن اكتشاف مضادات الميكروبات واستخدامها اللاحق على نطاق واسع يرتبط عادة بالطب الحديث، إلا أن هناك أدلة على أن البشر قد تعرضوا لمركبات مضادة للميكروبات لآلاف السنين. أظهرت التحليلات الكيميائية لبقايا الهياكل العظمية لأشخاص من النوبة 1 (الموجودة الآن في السودان حاليًا) والتي يرجع تاريخها إلى ما بين 350 و 550 ميلاديًا بقايا عامل التتراسيكلين المضاد للميكروبات بكميات عالية بما يكفي للإشارة إلى التخمير الهادف لإنتاج التتراسيكلين Streptomyces أثناء عملية صنع البيرة. تم استخدام البيرة الناتجة، والتي كانت سميكة وتشبه العصيدة، لعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض لدى البالغين والأطفال، بما في ذلك أمراض اللثة والجروح. قد تكون الخصائص المضادة للميكروبات لبعض النباتات قد تم التعرف عليها أيضًا من قبل ثقافات مختلفة حول العالم، بما في ذلك المعالجون بالأعشاب الهنود والصينيون (الشكل\(\PageIndex{1}\)) الذين استخدموا النباتات لفترة طويلة لمجموعة متنوعة من الأغراض الطبية. لقد أدرك المعالجون من العديد من الثقافات الخصائص المضادة للميكروبات للفطريات، وقد تم توثيق استخدامها للخبز المتعفن أو المنتجات الأخرى المحتوية على العفن لعلاج الجروح جيدًا لعدة قرون. 2 اليوم، بينما لا يزال حوالي 80٪ من سكان العالم يعتمدون على الأدوية المشتقة من النباتات، يكتشف 3 علماء الآن المركبات النشطة التي تمنح الفوائد الطبية الموجودة في العديد من هذه النباتات المستخدمة تقليديًا.

    صورة لمجموعة متنوعة من النباتات التي يبيعها بائع متجول.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): منذ آلاف السنين، استخدم المعالجون بالأعشاب الصينيون العديد من الأنواع المختلفة من النباتات لعلاج مجموعة واسعة من الأمراض البشرية.

    التمارين\(\PageIndex{2}\)

    أعط أمثلة عن كيفية استخدام مضادات الميكروبات في المجتمعات القديمة

    الأدوية المضادة للميكروبات الأولى

    اعتمدت المجتمعات على الطب التقليدي لآلاف السنين؛ ومع ذلك، شهد النصف الأول من القرن العشرين حقبة من الاكتشاف الاستراتيجي للأدوية. في أوائل القرن العشرين، شرع الطبيب والعالم الألماني بول إيرليش (1854-1915) في اكتشاف أو تركيب مركبات كيميائية قادرة على قتل الميكروبات المعدية دون الإضرار بالمريض. في عام 1909، وبعد فحص أكثر من 600 مركب يحتوي على الزرنيخ، وجد مساعد إرليخ ساهاشيرو هاتا (1873—1938) واحدة من هذه «الرصاصة السحرية». استهدف المركب 606 بكتيريا Treponema pallidum، العامل المسبب لمرض الزهري. تم العثور على المركب 606 لعلاج مرض الزهري بنجاح في الأرانب وبعد فترة وجيزة تم تسويقه تحت اسم Salvarsan كعلاج للمرض لدى البشر (الشكل\(\PageIndex{2}\)). لا يزال نهج إرليش المبتكر للفحص المنهجي لمجموعة واسعة من المركبات استراتيجية شائعة لاكتشاف عوامل جديدة مضادة للميكروبات حتى اليوم.

    رسم لبول إرليش في المختبر.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): كان بول إرليش مؤثرًا في اكتشاف المركب 606، وهو عامل مضاد للميكروبات أثبت أنه علاج فعال لمرض الزهري.

    بعد بضعة عقود، اكتشف العلماء الألمان جوزيف كلارير وفريتز ميتزش وجيرهارد دوماك النشاط المضاد للبكتيريا لصبغة اصطناعية، برونتوسيل، يمكنها علاج عدوى المكورات العقدية والمكورات العنقودية في الفئران. كانت ابنة دوماجك واحدة من أوائل المتلقين البشريين للدواء، الذي عالجها تمامًا من عدوى شديدة بالمكورات العقدية التي نتجت عن كزة بإبرة تطريز. حصل جيرهارد دوماجك (1895-1964) على جائزة نوبل في الطب عام 1939 لعمله مع البرونتوسيل والسلفانيلاميد، المنتج النشط لتفكك البرونتوسيل في الجسم. كان السلفانيلاميد، أول مضاد صناعي للميكروبات تم إنشاؤه، بمثابة الأساس للتطوير الكيميائي لعائلة من أدوية السلفا. مضادات الميكروبات الاصطناعية هي دواء تم تطويره من مادة كيميائية غير موجودة في الطبيعة. أدى نجاح عقاقير السلفا إلى اكتشاف وإنتاج فئات مهمة إضافية من مضادات الميكروبات الاصطناعية، بما في ذلك الكينولين والأوكسازوليدينونات.

    قبل سنوات قليلة من اكتشاف البرونتوسيل، قام العالم ألكسندر فليمينغ (1881-1955) باكتشافه العرضي الذي تبين أنه ضخم. في عام 1928، عاد فليمينغ من العطلة وفحص بعض اللوحات القديمة للمكورات العنقودية في مختبر الأبحاث الخاص به في مستشفى سانت ماري في لندن. لاحظ أن تلويث نمو العفن (الذي تم تحديده لاحقًا على أنه سلالة من Penicillium notatum) يمنع نمو المكورات العنقودية على لوحة واحدة. لذلك يرجع الفضل إلى فليمينغ في اكتشاف البنسلين، أول مضاد حيوي طبيعي، (الشكل\(\PageIndex{3}\)). أظهرت التجارب الإضافية أن البنسلين الموجود في العفن مضاد للبكتيريا ضد المكورات العقدية والمكورات السحائية وكورنيباكتريا الدفتريا، العامل المسبب للدفتيريا.

    أ) صورة ألكسندر فليمنج. ب) صورة هوارد فلوري وإرنست تشين.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): (أ) كان ألكسندر فليمينغ أول من اكتشف مضادات الميكروبات المنتجة بشكل طبيعي، البنسلين، في عام 1928. (ب) اكتشف هوارد فلوري وإرنست تشين كيفية زيادة إنتاج البنسلين. ثم اكتشفوا كيفية تنقيته وأظهروا فعاليته كمضاد للميكروبات في التجارب على الحيوانات والبشر في أوائل الأربعينيات.

    كان لفليمينغ وزملائه الفضل في اكتشاف وتحديد البنسلين، ولكن تم عزله وإنتاجه بكميات كبيرة من قبل فريق من الباحثين في جامعة أكسفورد تحت إشراف هوارد فلوري (1898-1968) وإرنست تشين (1906-1979) (الشكل\(\PageIndex{3}\)). في عام 1940، قام فريق البحث بتنقية البنسلين وأبلغ عن نجاحه كعامل مضاد للميكروبات ضد عدوى المكورات العقدية في الفئران. كما أظهر عملهم اللاحق مع البشر أن البنسلين فعال للغاية. بسبب عملهم المهم، حصل كل من Fleming و Florey و Chain على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء والطب في عام 1945.

    في أوائل الأربعينيات، استخدمت العالمة دوروثي هودجكين (1910-1994)، التي درست علم البلورات في جامعة أكسفورد، الأشعة السينية لتحليل بنية مجموعة متنوعة من المنتجات الطبيعية. في عام 1946، حددت بنية البنسلين، حيث حصلت على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1964. بمجرد فهم الهيكل، يمكن للعلماء تعديله لإنتاج مجموعة متنوعة من البنسلين شبه الصناعي. مضاد الميكروبات شبه الصناعي هو مشتق معدل كيميائيًا من مضاد حيوي طبيعي. تم تصميم التعديلات الكيميائية بشكل عام لزيادة نطاق البكتيريا المستهدفة، أو زيادة الثبات، أو تقليل السمية، أو منح خصائص أخرى مفيدة لعلاج العدوى.

    البنسلين هو مثال واحد فقط للمضادات الحيوية الطبيعية. وفي الأربعينيات أيضًا، قاد سلمان واكسمان (1888-1973) (الشكل\(\PageIndex{4}\))، وهو عالم بارز في ميكروبيولوجيا التربة في جامعة روتجرز، فريقًا بحثيًا اكتشف العديد من مضادات الميكروبات، بما في ذلك الأكتينومايسين والستربتومايسين والنيومايسين. انبثقت اكتشافات مضادات الميكروبات هذه من دراسة واكسمان للفطريات والبكتيريا الأكتينوباكتيريا، بما في ذلك بكتيريا التربة في جنس Streptomyces، المعروف بإنتاجه الطبيعي لمجموعة متنوعة من مضادات الميكروبات. أكسبه عمله جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء والطب عام 1952. تُعد الأكتينوميسيتات مصدرًا لأكثر من نصف جميع المضادات الحيوية الطبيعية 4 وتستمر في العمل كخزان ممتاز لاكتشاف عوامل جديدة مضادة للميكروبات. يجادل بعض الباحثين بأننا لم نقترب بعد من الاستفادة من الإمكانات الكاملة المضادة للميكروبات لهذه المجموعة. 5

    صورة سلمان واكسمان في المختبر.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): كان Selman Waksman أول من أظهر قدرات الإنتاج الضخمة المضادة للميكروبات لمجموعة من بكتيريا التربة، وهي الأكتينوميسيتات.

    التمارين\(\PageIndex{3}\)

    لماذا تعتبر التربة مستودعًا لجينات مقاومة مضادات الميكروبات؟

    المفاهيم الأساسية والملخص

    • تم استخدام الأدوية المضادة للميكروبات الناتجة عن التخمير الهادف و/أو الموجودة في النباتات كأدوية تقليدية في العديد من الثقافات لآلاف السنين.
    • بدأ بول إرليش في أوائل القرن العشرين البحث الهادف والمنهجي عن «رصاصة سحرية» كيميائية تستهدف الميكروبات المعدية على وجه التحديد.
    • بدأ اكتشاف المضاد الحيوي الطبيعي، البنسلين، من قبل ألكسندر فليمينغ في عام 1928 العصر الحديث لاكتشاف مضادات الميكروبات والبحث فيها.
    • اكتشف جيرهارد دوماجك وزملاؤه السلفانيلاميد، وهو أول مضاد صناعي للميكروبات، وهو منتج تحلل الصبغة الاصطناعية، البرونتوسيل.

    الحواشي

    1. 1 إم إل نيلسون وآخرون «اتصال موجز: التوصيف الطيفي الشامل للتتراسيكلين في بقايا الهياكل العظمية لمجموعة سكانية قديمة من النوبة السودانية 350-550 م.» المجلة الأمريكية للأنثروبولوجيا الفيزيائية 143 رقم 1 (2010): 151-154.
    2. 2 - السيد وينرايت. «قوالب في الطب القديم والأحدث.» عالم الفطريات 3 رقم 1 (1989): 21-23.
    3. 3 إس فيرما، إس بي سينغ. «الوضع الحالي والمستقبلي للأدوية العشبية». عالم الطب البيطري 1 رقم 11 (2008): 347-350.
    4. 4 جي بيردي. «المستقلبات الميكروبية النشطة بيولوجيًا». مجلة المضادات الحيوية 58 رقم 1 (2005): 1-26.
    5. 5 - السيد بالتز. «مضادات الميكروبات من الأكتينوميسيت: العودة إلى المستقبل.» الميكروب 2 رقم 3 (2007): 125—131.