Введение

Антибиотик Гентамицин – аминогликозидный антибиотик, используемый для лечения различных бактериальных инфекций. К ним могут относиться костные инфекции, эндокардит, воспалительные заболевания органов малого таза, менингит, пневмония, инфекции мочевыводящих путей и сепсис, среди прочих. Часто его применяют в течение двух дней, пока результаты бактериального посева не определят чувствительность инфекции к конкретным антибиотикам. Необходимая доза должна контролироваться посредством анализа крови. Гентамицин относится к типу аминогликозидов. Антибиотик получают из культуры Micromonospora путем разрушения клеточной стенки бактерии. В настоящее время проводятся исследования биосинтеза этого антибиотика с целью увеличения его экспрессии и усиления секреции для повышения концентрации. Гентамицин входит в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения. ВОЗ классифицирует гентамицин как препарат, имеющий критическое значение для медицины человека. Он доступен в виде дженериков.

Медицинское применение

Гентамицин активен в отношении широкого спектра бактериальных инфекций, преимущественно грамотрицательных бактерий, включая Pseudomonas, Proteus, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Enterobacter aerogenes, Serratia и грамположительный Staphylococcus. Гентамицин применяется для лечения инфекций дыхательных путей, инфекций мочевыводящих путей, инфекций крови, костей и мягких тканей, вызванных этими чувствительными бактериями. Недостаточно данных, чтобы рекомендовать гентамицин в качестве терапии первой линии при инфекции, вызванной Neisseria gonorrhoeae. Гентамицин не используется для лечения бактериальных инфекций, вызванных Neisseria meningitidis или Legionella pneumophila (в связи с риском развития шока у пациента из-за липидного эндотоксина А, содержащегося в некоторых грамотрицательных организмах). Гентамицин также эффективен против Yersinia pestis (возбудителя чумы), родственных ей бактерий и Francisella tularensis (возбудителя туляремии, часто встречающегося у охотников и звероловов). Некоторые Enterobacteriaceae, Pseudomonas spp., Enterococcus spp., Staphylococcus aureus и другие виды Staphylococcus spp. проявляют различную степень устойчивости к гентамицину.

Беременность и грудное вскармливание

Гентамицин не рекомендуется к применению во время беременности, если только потенциальная польза для матери не превышает возможный риск. Гентамицин способен проникать через плаценту, и сообщалось о нескольких случаях необратимой двусторонней врожденной глухоты у детей. Внутримышечное введение гентамицина матери может вызывать мышечную слабость у новорожденного. Необходимо регулярно контролировать функцию почек в течение курса терапии. Длительное лечение может привести к потере слуха и нарушениям равновесия. При применении инъекций сообщалось о случаях гипокальциемии, гипокалиемии и мышечной слабости.

Внутреннее ухо

Около 11% пациентов, получающих аминогликозиды, испытывают повреждение внутреннего уха. Общие симптомы повреждения внутреннего уха включают тиннитус, потерю слуха, головокружение, нарушение координации и чувство головокружения. Для снижения риска ототоксичности во время лечения рекомендуется поддерживать водный баланс. Обычно, если некорректная тРНК связывается с кодоном мРНК в аминоацильном центре рибосомы, аденозины 1492 и 1493 исключаются из взаимодействия и отступают, сигнализируя рибосоме об отклонении аминоацилированной тРНК:: термолабильного комплекса фактора элонгации. Однако, когда гентамицин связывается с геликой 44 16S рРНК, он заставляет аденозины сохранять положение, которое они занимают при корректном, или когнитивном, соответствии между аа-тРНК и мРНК. Это приводит к принятию некорректных аа-тРНК, в результате чего рибосома синтезирует белки с неправильно расположенными аминокислотами (примерно в 1 случае из 500). Нефункциональные, ошибочно транслированные белки неправильно сворачиваются и агрегируют, что в конечном итоге приводит к гибели бактерии. Предложен вторичный механизм, основанный на кристаллических структурах гентамицина во вторичном месте связывания на гелике 69 23S рРНК, который взаимодействует с геликой 44 и белками, распознающими стоп-кодоны. Считается, что в этом вторичном месте гентамицин препятствует взаимодействию рибосомы с факторами рециклинга рибосом, в результате чего две субъединицы рибосомы остаются в комплексе даже после завершения трансляции. Это создает пул неактивных рибосом, которые больше не могут инициировать и транслировать новые белки.

Структура

Поскольку джентамицин получают из вида Micromonospora, основой этого антибиотика является аминоциклитол 2-дезоксистрептамин. Это шестиуглеродное кольцо замещено в позициях 4 и 6 молекулами аминосахаров циклического пурпурозамина и гарозамина соответственно. Заместители R1 и R2 могут варьироваться у некоторых видов в составе комплекса джентамицина. Основными компонентами джентамицина являются представители комплекса гентамицина C: гентамицин C1, гентамицин C1a и гентамицин C2, которые составляют около 80% джентамицина и обладают наиболее высокой антибактериальной активностью. Гентамицин A, B, X и некоторые другие составляют оставшиеся 20% джентамицина и проявляют более низкую антибиотическую активность по сравнению с комплексом гентамицина C.

Биосинтез

Полный биосинтез джентамицина до конца не выяснен. Гены, контролирующие биосинтез джентамицина, представляют особый интерес из-за сложностей, возникающих при выделении антибиотика после его производства. Это связано с тем, что джентамицин накапливается на поверхности клетки, и для его получения необходимо каким-либо образом перфорировать клеточную стенку. При действии на X2 кобаламинозависимого радикала S-аденозил-L-метионина фермента GenK происходит метилирование углеродной позиции 6', образуя фармакологически активный промежуточный продукт G418. Затем G418 подвергается дегидрогенизации и аминированию в положении C6' под действием дегидрогеназы, кодируемой геном GenQ, что приводит к образованию фармакологически активного JI 20B. Однако предполагается, что между этими этапами находится другой промежуточный продукт – 6'-дегидро-6'-оксо-G418 (6'DOG), а ген GenB1 предположительно кодирует аминирующий фермент. JI 20B дегидроксилируется и эпимеризируется с образованием первого компонента комплекса гентамицина C – гентамицина C2a, который затем подвергается эпимеризации под действием GenB2 и N-метилированию с помощью гена, чья функция пока не подтверждена, образуя конечный продукт в этой ветви – гентамицин C1. Далее C1a подвергается N-метилированию неподтвержденным ферментом, формируя конечный компонент – гентамицин C2b. Традиционно для увеличения производства джентамицина в ферментационную среду добавляют дрожжевой бульон на основе говядины, фосфат-ионы, ионы металлов (кобальт и некоторые другие в низкой концентрации), различные витамины (преимущественно витамины группы B), пуриновые и пиримидиновые основания. Однако степень увеличения производства зависит от вида *Micromonospora* и других компонентов среды. При использовании всех вышеперечисленных добавок ключевыми факторами, определяющими количество производимого джентамицина, являются pH и аэрация.

Исследования

Гентамицин также используется в исследованиях в области молекулярной биологии как антибактериальный агент в культурах тканей и клеток для предотвращения контаминации стерильных культур. Гентамицин – один из немногих термостабильных антибиотиков, сохраняющих активность даже после автоклавирования, что делает его особенно полезным при приготовлении некоторых сред для микробиологического культивирования.