14.1: Kugundua Dawa za Antimicrobial

Malengo ya kujifunza

• Kulinganisha na kulinganisha asili, semisynthetic, na synthetic madawa ya kulevya
• Eleza mbinu za chemotherapeutic za jamii za kale
• Eleza watu binafsi na matukio muhimu ya kihistoria ambayo yalisababisha maendeleo ya madawa ya kulevya

Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 1

Marisa, mwanamke mwenye umri wa miaka 52, alikuwa na maumivu makali ya tumbo, kuvimba tezi, uchovu, na homa. Alikuwa amerudi nyumbani kutoka kutembelea familia iliyopanuliwa katika nchi yake ya asili ya Cambodia. Wakati wa nje ya nchi, alipata huduma za matibabu huko Vietnam jirani kwa kamba ya mgongo iliyosimamiwa. Bado alikuwa na wasiwasi wakati wa kuondoka Cambodia, lakini maumivu yaliongezeka kadiri safari yake ya nyumbani iliendelea na mumewe alimfukuza moja kwa moja kutoka uwanja wa ndege hadi chumba cha dharura.

Daktari wake anaona kama Marisa angeweza kuwa na mateso ya kidole tumbo, maambukizi ya njia ya mkojo (UTI), au ugonjwa wa uchochezi wa pelvic (PID). Hata hivyo, kila moja ya masharti hayo ni kawaida kabla au akiongozana na dalili za ziada. Anazingatia matibabu aliyopata nchini Vietnam kwa kamba yake ya mgongo iliyosimamiwa, lakini maumivu ya tumbo hayahusiani na ukandamizaji wa kamba ya mgongo. Anachunguza historia yake ya afya zaidi.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

1. Ni aina gani ya maambukizi au hali nyingine inaweza kuwajibika?
2. Ni aina gani ya vipimo vya maabara ambayo daktari anaweza kuagiza?

Watu wengi hushirikisha neno chemotherapy na matibabu ya kansa. Hata hivyo, chemotherapy ni kweli mrefu pana ambayo inahusu matumizi yoyote ya kemikali au madawa ya kulevya kutibu magonjwa. Kemotherapy inaweza kuhusisha dawa zinazolenga seli za kansa au tishu, au inaweza kuhusisha dawa za antimicrobial zinazolenga vijiumbe vya kuambukiza. Dawa za antimicrobial kawaida hufanya kazi kwa kuharibu au kuingilia kati na miundo microbial na enzymes, ama kuua seli microbial au kuzuia ukuaji wao. Lakini kabla ya kuchunguza jinsi dawa hizi zinavyofanya kazi, tutachunguza kwa ufupi historia ya matumizi ya binadamu ya antimicrobials kwa madhumuni ya chemotherapy.

Matumizi ya Antimicrobials katika Jamii za Kale

Ingawa ugunduzi wa antimicrobials na matumizi yao ya baadae kuenea kwa kawaida huhusishwa na dawa za kisasa, kuna ushahidi kwamba binadamu wamekuwa wazi kwa misombo ya antimicrobial kwa miaka mingi. Uchambuzi wa kemikali wa mabaki ya mifupa ya watu kutoka Nubia ¹ (sasa hupatikana katika Sudan ya sasa) kuanzia kati ya 350 na 550 AD umeonyesha mabaki ya wakala antimicrobial tetracycline kwa kiasi kikubwa cha kutosha ili kupendekeza fermentation yenye kusudi ya tetracycline inayozalisha Streptomyces wakati wa mchakato wa maamuzi ya bia. Bia iliyotokana, ambayo ilikuwa nene na gruel-kama, ilitumika kutibu magonjwa mbalimbali kwa watu wazima na watoto, ikiwa ni pamoja na ugonjwa wa gum na majeraha. Mali ya antimicrobial ya mimea fulani inaweza pia kutambuliwa na tamaduni mbalimbali duniani kote, ikiwa ni pamoja na wataalamu wa Hindi na Kichina (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)) ambao kwa muda mrefu wametumia mimea kwa madhumuni mbalimbali ya matibabu. Waganga wa tamaduni nyingi walielewa mali ya antimicrobial ya fungi na matumizi yao ya mkate wa moldy au bidhaa nyingine zenye mold kutibu majeraha yameandikwa vizuri kwa karne nyingi. ² Leo, wakati asilimia 80 ya idadi ya watu duniani bado wanategemea madawa inayotokana na mimea, wanasayansi ³ sasa wanagundua misombo ya kazi inayotoa faida za dawa zilizomo katika mimea mingi ya kawaida kutumika.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kwa miaka mingi, wataalamu wa Kichina wametumia aina nyingi za mimea kwa ajili ya kutibu magonjwa mbalimbali ya binadamu.

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Kutoa mifano ya jinsi antimicrobials zilizotumiwa katika jamii za kale

Dawa za kwanza za Antimicrobial

Jamii zilitegemea dawa za jadi kwa maelfu ya miaka; hata hivyo, nusu ya kwanza ya karne ya 20 ilileta zama za ugunduzi wa dawa za kimkakati. Mapema miaka ya 1900, daktari na mwanasayansi wa Ujerumani Paul Ehrlich (1854—1915) alianza kugundua au kuunganisha misombo ya kemikali inayoweza kuua viumbe vya kuambukiza bila kumdhuru mgonjwa. Mwaka 1909, baada ya kuchunguza zaidi ya misombo 600 yenye arseniki, msaidizi wa Ehrlich Sahachiro Hata (1873—1938) alipata moja kama “risasi ya kichawi.” Kiwanja 606 kilenga bakteria Treponema pallidum, wakala wa causative wa kaswisi. Kiwanja 606 kilipatikana kwa ufanisi kutibu kaswende katika sungura na hivi karibuni baada ya kuuzwa chini ya jina Salvarsan kama dawa ya ugonjwa huo kwa wanadamu (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Mbinu ya ubunifu ya Ehrlich ya kuchunguza kwa utaratibu aina mbalimbali za misombo bado ni mkakati wa kawaida wa ugunduzi wa mawakala mpya wa antimicrobial hata leo.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Paul Ehrlich alikuwa na ushawishi mkubwa katika ugunduzi wa Kiwanja 606, wakala wa antimicrobial ambayo imeonekana kuwa matibabu ya ufanisi kwa kaswisi.

Miongo michache baadaye, wanasayansi wa Ujerumani Josef Klarer, Fritz Mietzsch, na Gerhard Domagk waligundua shughuli antibacterial ya rangi synthetic, prontosil, ambayo inaweza kutibu maambukizi streptococcal na staphylococcal katika panya. Binti wa Domagk mwenyewe alikuwa mmoja wa wapokeaji wa kwanza wa binadamu wa madawa ya kulevya, ambayo ilimponya kabisa maambukizi makubwa ya streptococcal ambayo yalisababisha poke na sindano ya embroidery. Gerhard Domagk (1895—1964) alitunukiwa Tuzo ya Nobel ya Tiba mwaka wa 1939 kwa kazi yake na prontosil na sulfanilamide, bidhaa ya kuvunjika kwa kazi ya prontosil mwilini. Sulfanilamide, antimicrobial ya kwanza ya synthetic iliyoundwa, ilikuwa msingi wa maendeleo ya kemikali ya familia ya madawa ya kulevya. Antimicrobial synthetic ni dawa ambayo hutengenezwa kutoka kwa kemikali haipatikani katika asili. Mafanikio ya madawa ya kulevya ya sulfa yalisababisha ugunduzi na uzalishaji wa madarasa muhimu ya antimicrobials ya synthetic, ikiwa ni pamoja na quinolines na oxazolidinones.

Miaka michache kabla ya ugunduzi wa prontosil, mwanasayansi Alexander Fleming (1881—1955) alifanya ugunduzi wake wa ajali ambao uligeuka kuwa makubwa. Mwaka wa 1928, Fleming alirudi kutoka likizo na kuchunguza sahani za zamani za staphylococci katika maabara yake ya utafiti katika Hospitali ya St Maria huko London. Aliona kuwa uchafuzi wa ukuaji wa mold (hatimaye kutambuliwa kama aina ya Penicillium notatum) kuzuia ukuaji wa staphylococcal kwenye sahani moja. Kwa hiyo, Fleming inahesabiwa na ugunduzi wa penicillin, antibiotic ya kwanza ya asili, (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Majaribio zaidi yalionyesha kuwa penicillin kutoka kwenye mold ilikuwa antibacterial dhidi ya streptococci, meningococci, na Corynebacterium diphtheria, wakala causative wa diphtheria.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): (a) Alexander Fleming alikuwa wa kwanza kugundua antimicrobial zinazozalishwa kawaida, penicillin, mwaka 1928. (b) Howard Florey na Ernst Chain waligundua jinsi ya kuongeza uzalishaji wa penicillin. Kisha waliamua jinsi ya kuitakasa na kuonyesha ufanisi wake kama antimicrobial katika majaribio ya wanyama na binadamu mapema miaka ya 1940.

Fleming na wenzake walikuwa sifa kwa kugundua na kutambua penicillin, lakini kutengwa kwake na uzalishaji wa wingi ulikamilika na timu ya watafiti katika Chuo Kikuu cha Oxford chini ya uongozi wa Howard Florey (1898—1968) na Ernst Chain (1906—1979) (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Mwaka wa 1940, timu ya utafiti ilitakasa penicillin na kuripoti mafanikio yake kama wakala wa antimicrobial dhidi ya maambukizi ya streptococcal katika panya. Kazi yao inayofuata na masomo ya binadamu pia ilionyesha penicillin kuwa na ufanisi sana. Kwa sababu ya kazi yao muhimu, Fleming, Florey, na Chain walipewa Tuzo ya Nobel katika Physiolojia na Tiba mwaka wa 1945.

Mwanzoni mwa miaka ya 1940, mwanasayansi Dorothy Hodgkin (1910—1994), ambaye alisoma crystalography katika Chuo Kikuu cha Oxford, alitumia eksirei kuchambua muundo wa bidhaa mbalimbali za asili. Mwaka wa 1946, aliamua muundo wa penicillin, ambayo alipewa Tuzo ya Nobel ya Kemia mwaka wa 1964. Mara baada ya muundo kueleweka, wanasayansi wanaweza kurekebisha ili kuzalisha aina mbalimbali za penicillins semisynthetic. Antimicrobial ya semisynthetic ni derivative ya kemikali ya antibiotic ya asili. Marekebisho ya kemikali kwa ujumla yameundwa ili kuongeza aina mbalimbali za bakteria zinazolengwa, kuongeza utulivu, kupunguza sumu, au kutoa mali nyingine zenye manufaa kwa kutibu maambukizi.

Penicillin ni mfano mmoja tu wa antibiotic ya asili. Pia katika miaka ya 1940, Selman Waksman (1888—1973) (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)), mwanabiolojia maarufu wa udongo katika Chuo Kikuu cha Rutgers, aliongoza timu ya utafiti iliyogundua antimicrobials kadhaa, ikiwa ni pamoja na actinomycin, streptomycin, na neomycin. Uvumbuzi wa antimicrobials hizi ulitokana na utafiti wa Waksman wa fungi na Actinobacteria, ikiwa ni pamoja na bakteria ya udongo katika Streptomyces ya jeni, inayojulikana kwa uzalishaji wao wa asili wa aina mbalimbali za antimicrobials. Kazi yake ilimpata Tuzo ya Nobel katika Physiolojia na Tiba mwaka wa 1952. Actinomycetes ni chanzo cha zaidi ya nusu ya antibiotics zote za asili ⁴ na kuendelea kutumika kama hifadhi bora kwa ugunduzi wa mawakala wa antimicrobial riwaya. Watafiti wengine wanasema kuwa hatujafika karibu na kugonga uwezo kamili wa antimicrobial wa kundi hili. ⁵

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Selman Waksman alikuwa wa kwanza kuonyesha uwezo mkubwa wa uzalishaji wa antimicrobial wa kundi la bakteria ya udongo, actinomycetes.

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

Kwa nini udongo ni hifadhi ya jeni za upinzani wa antimicrobial?

Dhana muhimu na Muhtasari

• Dawa za antimicrobial zinazozalishwa na fermentation yenye kusudi na/au zilizomo katika mimea zimetumika kama dawa za jadi katika tamaduni nyingi kwa miaka mingi.
• Utafutaji wa makusudi na utaratibu wa “risasi ya kichawi” ya kemikali ambayo inalenga hasa viumbe vya kuambukiza ilianzishwa na Paul Ehrlich mwanzoni mwa karne ya 20.
• Ugunduzi wa antibiotic ya asili, penicillin, na Alexander Fleming mwaka wa 1928 ulianza umri wa kisasa wa ugunduzi na utafiti wa antimicrobial.
• Sulfanilamide, antimicrobial ya kwanza ya synthetic, iligunduliwa na Gerhard Domagk na wenzake na ni bidhaa ya kuvunjika kwa rangi ya synthetic, prontosil.

maelezo ya chini

1. 1 M.L. Nelson na wenzake. “Mawasiliano mafupi: Tabia ya Misa ya Spectroscopic ya Tetracycline katika mabaki ya mifupa ya Idadi ya Kale kutoka Nubia ya Sudan 350—550 CE.” Jarida la Marekani la Anthropolojia ya Kimwili 143 namba 1 (2010) :151—154.
2. 2 M. Wainwright. “Moulds katika Dawa ya kale na ya hivi karibuni.” Mycologist 3 № 1 (1989) :21—23.
3. 3 S. Verma, S.P. Singh. “Hali ya sasa na ya baadaye ya Madawa ya Mitishamba.” Dunia ya mifugo 1 namba 11 (2008) :347—350.
4. 4 J. Berdy. “Bioactive Microbial Metabolites.” Jarida la Antibiotics 58 namba 1 (2005) :1—26.
5. 5 M. Baltz. “Antimicrobials kutoka Actinomycetes: Rudi kwa Baadaye.” Microbe 2 namba 3 (2007) :125—131.