Antimikrobianoak: Bakterioen ahuleziak eta "giharrak"

Bakterioak entrenatzen dira, bai. Eta gero eta sasoi hobean daude. Osasuntsu. Antibiotikoek gero eta kalte gutxiago egiten diete. Erresistentziak garatzen dituzte. Eurekin dugun borrokan garaile irteten ari dira.

Jakin nahi duzue nola entrenatzen diren? Bai hori azaldu aurretik, bakterioak nolakoak diren eta antibiotikoen mekanismo eragileak ezagutu beharko ditugu. Antibiotikoek, bakterioen zein “ahulgunez” aprobetxatzen diren dakigunean, ulertuko dugu nola entrenatu edo moldatzen dituzten “ahulgune” horiek erresistentziak garatzeko.

Hasieran koka gaitezen; 

- ZER DA BAKTERIO BAT?

Bakterio baten egitura ikusteko eskema.

• Zelula prokarioto bat da; bere informazio genetikoa nukleo baten barnean bilduta ez duen zelula klase bat. Material genetiko hori,  katea bikoitzeko DNA zati zirkularra da eta nukleioide deritzon zitoplasmako eremu batean pilatzen da. Bakterioek beste DNA zati txiki zirkular bat izaten dute; plasmidoa. Informazio honen tratamendua gainontzeko bakterio kromosomarekiko independentea da.

• Bizitza askeko izaki unizelularrak (zelulabakarrak) dira, gehien jota koloniak eratu ditzaketenak. Zelula eukariotikoak baino txikiagoak tamainaz eta forma askotakoak (kokoak, baziloak,…). Topa ditzakegun ingurune moten artean ere, aniztasun ikaragarria daukagu. Batzuk muturreko baldintzetan bizitzera ohitu egin dira.

• Bere zitoplasman “igeri”, ez dauka mintzez inguratutako organulu berezirik. Alabaina, eruren zitoplasma inguratzen edo biltzen duen mintz plasmatikoak, zelula eukariotoen mintzarekin aparteko antzekotasuna dauka – normalean esterolak izaten ez dituenaren salbuespenarekin – eta funtzio berdintsuak betetzen ditu; kanpo eta barne medioak desberdindu edo mugatu eta bien arteko substantzien elkartrukea kontrolatuz.

• Landare zelulek bezalaxe, horma edo pareta zelular bat dute euren mintz plasmatikoa kanpoaldetik inguratuz. Duten horma motaren arabera, eta Hans Christian Gramek horma hori detektatzeko garatu zuen tindaketa berezi baten bidez, bakterio grampositiboak eta gramnegatiboak bereizten ditugu. Batzuetan, horma zelularra inguratuz gluzidoz egindako geruza mukitsu bat izaten dute (glukokalixa; kapsula). Fagozitosiarekiko babesa ematen die geruza hau duten bakterioei.

• Askotan mugimendu edo desplazamendurako erabiltzen dituzten apendizeak – mintz plasmatikoaren luzakinak horma zelularra zeharkatzen dutenak - izaten dituzte inguruan (flageloak) edota substratuei atxikitzeko (finbriak) edo beraien arteko informazio (plasmido) trukea “ziztatzeko” luzakinak (pili sexuala kasu, konjugazioan).

• Erribosomak dituzten arren, zelula eukariotikoenak baino txikiagoak dira (70S; 50S azpiunitate handiak eta 30S txikiak). Edonola ere, funtzio berbera beteko dute; bakterio kromosoma transkribatzean sortzen diren RNA mezulariek daramazkiten aginduak itzultzea eta ondorioz, bakterioak behar dituen proteinak sintetizatzea.

- ZER DIRA ANTIBIOTIKOAK:

Askotan ez dugu kontutan hartzen, baina antibiotikoak "ez ditugu guk asmatu". Bakterio eta onddoek erabiltzen dituzten substantzia batzuk - naturalak edota hauen deribatu sintetikoak (natural eraldatuak edo erdisintetikoa) - izaten dira. Substantzia hauek, bestelako mikroorganismoen hazkuntza ekiditeko edota "erditik kentzeko" erabiltzen dituzte. Hauek ikasiz eta, kasu batzuetan, eraldatuz, era askotariko substantzia kimioterapeutikoak (antimikrobianoak konkretuki) garatu ditu zientziak. Helburua? Ezagunena, klinikoa; pairatzen ditugun gaixotasunen sendatzea. Hala eta guztiz ere, esparru honetatik at ere, ikerkuntzan adibidez, oso erabiliak izaten dira. Hala nola, kultiboetan hazkuntza selektiboak egiteko, prozesu biokimiko askoren ikerketarako,...

Guk, artikulu honetan, askotan antimikrobiano hitza erabiliko dugu. Hala ere, kontzeptu honek mikroorganismoen (bakterio, onddo, parasito eta birus) hazkuntzaren kontrolerako erabiltzen den edozein teknika edo substantzia bilduko duen bitartean (natural, eraldatu edo erdisintetikoa eta sintetikoak) antibiotiko hitzak, onddoek edo beste bakterio batzuek sortzen dituzten babes substantzia hauek batuko ditu (naturalak eta erdisintetikoak) eta bakterioen aurka baino, ez dute eraginik.

Eta honaino sarreratxoa. Gimnasioko “morrosko” hauek ezagutzen ditugu. Eta egia esan, euren ahulgune danak be, ikusi ditugu. Ez zarete konturatu? Nirekin banan banan ikustera animatzen zarete? Astiro astiro azalduko ditugu ahulezia horiek eta bakterioek, hauek entrenatzeko, zer egiten duten. Gogoan izan antibiotikoak ahulezia horietaz baliatuko direla bakterioen hazkuntza kontrolatu edo ekiditeko.


- BAKTERIOEK ERRESISTENTZIAK GARATZEKO BIDEAK

Konjugazioa; pili zelualaren bidez komunikatuta.

Lehenik eta behin sarrera txiki bat egingo dugu. Bakterio ororen abantaila metaboliko edo fisiologikoak (egia esan desabantailak ere, izan daitezke*¹) bi bidetatik eskura daitezke; lehenengoa, bere informazio genetikoaren tratamenduan suerta daitezkeen berezko (edo eragindako) mutazioen ondorio (hau, era bertikalean, bere ondorengoei transmitituko dielarik) eta bigarrena, batak besteari plasmidoetan (edo transposoi edota integroietan) daramaten informazioa pasatuz (era horizontala). Azken honi konjugazioa deritzo (bakterioen arteko ugalketa paraxesual mota). Bakterio batek “ikasi” duen trebezia bat, pili sexual baten bidez, kide bati transmititzen dionean gertatzen da. Beraz bakterioek, bi bide hauetariko baten bidez abantaila berri bat eskuratzen dutenean, eta abantaila honen trebakuntzaren ondorioz, antibiotikoen mekanismo eragileei aurre egiteko teknika garatzen dute.

Egia esan. beste ugalketa parasexual mota bi existitzen dira; alde batetik transformazioa (ingurunean solte dauden material genetiko zatiak bereganatzen dituenean bakterio batek; bide horizontala) eta beste alde batetatik, transdukzioa (bakteriofago batek, beste zelula batetik "lapurtu" zuen material genetiko zatitxo bat - generen batekin - beste bakterio bat kutsatzean, azken honi "pasatzen" dionean; bide horizontala). Azken hau, edo hobeto esanda, bakteriofago hauetan (bakterioak infektatzen dituzten birus mota konplexuak) egon daiteke antibiotikoekiko, azaleratzen ari den erresistentzia handiari aurre egiteko giltza (fagoterapia).

*¹ Desabantailak suposatzen dituenean, hautespen naturalak (eboluzioak berak) bere lana egingo du normalean, bidea moztuz.

Zeintzuk eratan erasotu dezakete antibiotikoek? Edo zeintzuk dira bakterioen ahuleziak?

- ANTIBIOTIKOEN MEKANISMO ERAGILEAK

• Bakterioek barnean (zitoplasman) izaten dituzten solutu kontzentrazio altuak eta kanpo ingurunearen kontzentrazioen eragin eta aldeak, horma zelularrik gabe, arazo osmotikoak ekar ditzakete. Uraren gehiegizko sarrerak bakterioak hanpatuko (puztuko) lituzke eta, hormaren erresistentziarik gabe, “eztanda” egitera heldu (edo protoplastoak sortzera). Erresistentzia hori hormaren peptidoglikanoak sortutako sareak ematen du. 

1.) Beraz, suntsitu dezagun edo inhibitu dezagun bakterioen horma zelularra (peptidoglikanoa) eta estres osmotikoaren ondorioz hil daitezela!!

Horma zelularra; antibiotikoek gainditu behar duten lehenengo babes neurria.

Bakterioek horma zelularra daukate. Honek suposatzen dituen abantaila guztiekin. Fagozitatuak izatearen aurrean babesa, kanpo medioan egon daitekeen kontzentrazioen arabera, estres osmotikoei aurre egiteko ahalmena,...

Gogoan izan bakterio gramnegatiboen kasuan, bakterioaren mintz plasmatikoa inguratuz, kanpoalderantza, peptidoglikanozko geruza “fina” dugula eta ondoren kanpo mintza deritzogun bigarren mintz biologiko bat. Mintz hau ez da existitzen grampositiboen kasuan eta ordainean, peptidoglikanoa “lodiagoa” da. Hala ere kanpo mintza edukitzeak eta honek ematen duen iragazkortasun hautakorrak antibiotikoen barneratzea zailtzen du. Kanpo mintza, berez, oso iragazgaitza da eta bere azaleran zehar dituen porinen menpean "soilik" egongo da. Antibiotiko edo substantzia horrek porina horiek zeharkatzeko beharrezko ezaugarriak (tamaina, karga,...) betetzen dituen ala ez arabera, eragina izango dute edo ez. Ondorioz, orokorrean, bakterio gramnegatiboak antibiotikoekiko erresistentzia nabarmenagoak aurkezten dituztela esan genezake; grampositiboek ez dute kanpo mintz iragazgaitz hau.

Gramnegatiboen kasuan, lipopolisakaridoak (LPS) dituzte kanpo mintzean. Molekula hauek determinatzaile antigenikoak direla esaten da (bakteria mota espezifiko horren zeinua da, nola de hala). Mintzean txertatua A lipidoa dute (toxikotasunaren arduraduna) eta polisakarido nuklear baten ondoren gluzidozko kate errepikakor bat egoten da (O antigenoa), azken zati hau bakterioaren antigeno espezifiko modura erabiltzen delarik. Lipopolisakaridoak (LPS) patogenotasunarekin zerikusi zuzena dute beraz. Ostalariaren babes mekanismoko konplementuko proteinen eta makrofagoen aurkako babesa ematen diote bakterioari (Zitokinen askapena bultzatuz - ehunen kaltetzea - eta honekin batera sukarra). Endotoxinak deritze. LPS hauek, ioi dibalente batzuekin asoziatuz (Ca2+, Mg2+,...) egonkortasuna ematen diote kanpo mintzari eta molekula hidrofobo handiekiko geruza iragazkaitz bat sortzen dute (LPS-en kate luze gluzidikoak, hidrofiloak dira). Antibiotiko batzuk, polimixinak eta aminoglukosidoak kasu, ioi dibalente hauek desplazatzen dituzte eta, mintza desegonkortuz, molekula handi hidrofobo hauek (antibiotikoak barne) zelulan sartzea ahalbidetzen dute, horrek suposatuko duen kalteekin.

Antibiotiko protagonistak: beta-laktamikoak; penizilinak (G penizilina naturala, amoxizilina eta anpizilina sintetikoak) eta zefalosporinak. Bestalde bankomizina bezalako glukopeptidoak ditugu. Talde honetan dauden hauek guzti hauek bakterizidak izaten dira; horma zelularraren (peptidoglikanoa) sintesia inhibitzearen ondorio (osmosi arazoak).

Arazoen artean, penizilinak grampositiboen aurka aritzen direla gehien bat. Izan ere, orokorrean zailtasunak dituzten gramnegatiboen kanpo mintza zeharkatzeko beraz ezin dira peptidoglikanoraino ailegatu eta ez dira eraginkorrak izaten. Anpizilinak ordea (penizilina sintetiko mota bat) kanpo mintza zeharkatzeko gaitasuna dauka (kasu batzuetan) beraz bakterio gramnegatioak ere erasotu ditzake.

Beta-laktamiko hauen mekanismo eragilea: Peptidoglikanoaren sarea, transpeptidasa deritzen entzima batzuk ehotuko dute. Entzima hauetan, beta-laktamikoek duten egitura kimikoarekin bat datorren eremu bat dago. Beta-laktamikoak bertara lotzen badira, transpeptidasa (PBP) inhibitua geratuko da eta ez du peptidoglikanozko geruza sortuko; ez da bakterio paretarik sortuko. Hauen lana, peptidoglikanozko geruzaren sintesia oztopatzea da beraz. Jarduera honek bakterio zelulen lisia (apurketa) suposatuko du beraz bakterizida (bakterioak hiltzen dituelako) eta bakteriolitikoa (hiltzeaz gain lisatzen dituelako) dela diogu.

Bakterioek entrenatu dituzten erresistentzia teknikak: Bakterioak peptidoglikano geruzaren ondorengo periplasmara beta-laktamasak deritzen entzima batzuk askatzen dituzte. Entzima hauek, antibiotiko beta-laktamikoren bat, peptidoglikanora gerturatzen “topatzekotan”, jota bertan suntsituko du. Peptidoglikano sarearen sorrera, eta ondorioz, horma zelularraren sorrera bermatuz.

Guztiarekin ere, zefalosporinak edota oxazilina eta metizilina (azken bi hauek penizilina sintetikoak) beta-laktamasen aurrean erresistentzia garatu dute.

Beste erresistentzia teknika bat: transpeptidasetan, antibiotiko beta-laktamikoekikoek duten lotura gunea, mutazioen ondorioz, eraldatzean, antibiotiko hauek ezin dira bertara lotu, beraz, “antibiotikoek 0 – bakterioak 1”

Beste erresistentzia mekanismo bat: Kanpo mintzeko iragazkortasuna eraldatuz (porinen mutazioz edota LPS-ek duten antibiotiko ezegonkortzaileekiko - polimixinak - lotura guneak mutatuz adibidez) antibiotikoen sarrerarekiko erresistentziak trebatu edo, sartu arren, berriz kanporatzeko (baztertze edo esklusioa) gaitasuna  lor dezakete.

Hala ere antibiotiko beta-laktamikoen erabilera klinikoa ohikoena izaten da. Izan ere, peptidoglikanoaren aurka (bakterioetan bakarrik) aritzen direnez, selektiboak dira eta ez dute gure gorputzeko beste egituretan aldeko efektuak izaten. Hau da, toxikotasun baxua aurkezten dute gugan.

Bakterioek aurkezten dituzten  babes mekanismoak antimikrobianoen mekanismo eragileen aurka

• Bakterio gehiago sortzeak (hazkuntza edota ugalketa) material genetiko gehiago sortzea suposatuko du. Horretarako DNA erreplikatu beharko da eta proteinak sintetizatzeko, transkribatu ere, egin beharko da. 

2.) Beraz, antibiotikook, jaurti ditzagun gure geziak euren erreplikazio, transkripzio eta proteinen itzulpen mekanismoen gainera!! Ez daitezela hazi!!

Normalean, hemen topatuko ditugun antimikrobianoak duten efektuarengatik sailkatuak:

DNA girasarengan (bakterianoa) eragiten dutenak

- Kinolonak (ziprofloxazina bezalako fluorokinolonak kasu); DNA girasarekin lotuz, hau inhibitzen dutenak, DNAren paketatzea galaraziz. Antimikrobiano sintetikoak dira eta efektu bakterizida izaten dute. Girasa entzima (topoisomerasa II), bakterio grampositibo zein negatiboetan dagoenez, bi taldeetako bakterioekiko eragina izan dezake. Adibidez penizilinarekiko erresistentzia garatu duen Bacillus anthracis (antraxaren sortzailea) bakterioaren aurka. Gaur egun kinolona eraginkorrenetarikoa moxifloxazinoa (eta lebofloxazinoa) izango litzateke. Arnas bideetako infekzioetan zailduetan erabiliak. Kinolonak gramnegatioekiko mugatuak zeuden arren, belaunaldi desberdinetako azpimota gehiago ditugu gaur egun, izendatutako azken bi hauek bezala, euren ekintza espektroa zabaldu dutenak, eta grampositiboen aurkako ahalmena hobetzea lortu dutenak. Horrela ere, lehenengo kinolona motak bakterio anaerobioengan ahalmenik ez zuten bitartean, gaur egun ditugun belaunaldi berriekin ahulgune hau hobetzea ere lortu egin da (azken hauen kontra, kinolona hoberenak trovafloxazinak direlarik). Hala ere, hauek normalean ez dira erabiltzen infekzio sistemikoen aurrean, ehunetan barneratzeko ahalmen txikia dela eta, besteak beste. 

RNAm-ren transkripzioan eragiten dutenak

- Aktinomizina; RNA polimerasa transkripzioa burutzen ari dela, RNA mezulariaren luzapena galarazten duena, DNA kateari lotuz eta RNA polimerasarentzako oztopo bezala jardunez.

RNA polimerasarengan eragiten dutenak (transkripzioa)

- Rifanpizina eta Estreptobarizina; RNA polimerasaren beta azpiunitateari lotuz, honen lana (transkripzioa) inhibituz. Rifanpizina - bakterizida dena - oso erabilia izaten da tuberkulosi edo legenarraren kasuan (beste antibiotiko batzuekin batera) zeluletan barneratzeko duen gaitasun handiaren ondorioz.

DNA harizpien mozketa

- Metronidazol: bakterio anaerobioekiko aktibitatea du ta askotan beta-laktamikoekin konbinatuta erabiltzen da.

Proteinen sintesian eragiten dutenak (erribosomaren 50s azpiunitatean)

- Eritromizina (makrolidoak) eta kloranfenikola; bakterio erribosomen 50s azpiunitatera (peptidil transferasa; 23S RNAr zatira lotzen dira) lotuz, honen lana inhibitzen dute. Proteinen sintesia inhibitzen dute beraz hauen efektua, bakteriostatikoa izaten da; tratamendua “kentzerakoan” (antimikrobianoaren kontzentrazioak jaistean) 50s azpiunitatea liberatu eta bere lanarekin jarraituko luke, ordura arte inhibituta zegoen bakterio hazkuntza “piztuz”. Kloranfenikola gaur egun muturreko kasuetan (beste antimikrobiano erabiltzea ezinezkoa denean eta bizitza arriskuan dagoen kasuetan) erabiltzen da; anemia aplasikoa eta ondoriozko leukozitoen maila urritzea sortu dezake albo ondorio bezala. Eritromizina grampositiboen aurka erabiltzen da. Legionella tratamenduetan erabilia.

Proteinen sintesian eragiten dutenak (erribosomaren 30s azpiunitatean)

- Tetraziklinak eta estreptomizina (azken hau, aminoglukosidoa). Lehenengoak, RNAt eta bakterio erribosomako 30s-ko azpiunitatea (txikia) lotzea oztopatzen dute. Proteinen sintesia oztopatuz; efektu bakteriostatikoa. Estreptomizinak ordea, itzulpenaren hasiera oztopatzen du, proteina “okerren” sintesia eraginez. Ondorioz euren funtzioa galtzen dute eta bakterioaren heriotza supostazen dute; efektu bakterizida. Azken hauek (aminoglukosidoak) ez dute efekturik izaten mikroorganismo anaerobioetan (oxigenoaren menpeko bideak behar dituzte zelulan sartzeko).

Kontua eduki behar da erribosomen aurka aritzen diren antibiotikoekin. Espezifikotasuna behar dugu. Hau da, erribosoma eukariotiko eta prokariotikoak desberdindu behar dituzte; kloranfenikola eta estreptomizina adibidez, erribosoma prokariotikoengan dute espezifikotasuna, baina zikloheximidak, erribosoma eukariotikoetan du espezifikotasuna.

Bestalde, teoria endosinbiotikoa gogoan badugu, mitokondria eta kloroplastoen erribosomak prokariotikoak dira. Beraz antibiotiko hauek gure zelulen “mitokondrioak” (egia esan, hauen erribosomak) erasotu ditzakete.

Erresistentzia mekanismoak: antimikrobiano hauek guzti hauek, erribosometan dituzten lotura puntuen mutazioz, ezingo lukete bertara lotu. Ondorioz bakterio hauek substantzia hauekiko erresistentzia garatuko lukete.

• RNAm eta DNA molekulak sortzeko (erreplikazio eta transkripzio) azido nukleikoak behar dira. Azido nukleikoen aitzindaria, azido folikoa dugu. Izaki bizidun askok dietan hartzen dugu azido foliko hau eta erreakzio metaboliko batzuen ondoren azido nukleikoak sintetizatzen ditugu. Bakterioen kasuan, azido folikoa eurek sintetizatu behar dute (ez dute kanpotik hartzen). 

3.) Beraz, eraso ditzagun azido folikoaren sintesian diharduten entzimak!!!

Antibiotiko protagonistak: Sulfonamidak (sulfamida). Antimikrobiano hauek sintetikoak dira eta hazkuntza faktoreen (PABA) analogoak dira. Hau da, bakterioen hazkuntza faktore naturalen antzeko egitura dutenak eta, hauen lekua ordezkatuz, bere funtzioa blokeatzen dutenak. Konkretuki dihidropteroato sintetasa entzima blokeatzen dute (folatoaren bidean). Efektua bakteriostatikoa da eta entzima horren substratu originalaren (PABA) kontzentrazioa igoko bagenu (antimikrobianoaren tratamendua kenduz adibidez) entzima lan egiten hasiko litzateke eta berarekin batera bakterioaren hazkuntza piztuko litzateke berriro.

Erresistentzia mekanismoak: Kasu askotan bide metaboliko hauetan diharduten entzimen mutazioek ez dute euren funtzioan eragin, sulfonamiden lotura puntuan baizik. Horren ondorioz, antimikrobiano hauek ezingo zaizkio lotu entzimaren gune inhibitzaile horri. Kasu hauetan beste antibiotiko batzuekin konbinatuz (trimetropina) tratatzen dira pazienteak (blokeo sekuentziatua); “batak egiten ez duena besteak egingo du”. Hau da, batak bide metaboliko horren puntu (entzima) bat erasotuko du eta besteak beste puntu desberdin bat.

Kontuz! Eduki dezagun buruan, antibiotikoek, bakterioen hazkuntza kontrolatzen dutelarik, geure bakterio propioen kontra ere (mikrobiota propioa) egingo dutela. Garrantzitsua da jakitean antibiotikoekin egindako tratamenduek, gure mikrobiota ahultzen dutela alde efektu gisa. Beraz bestelako patogeno oportunistak aprobetxa dezakete (emakumezkoen kasuan onddo baginalak kasu)

- LABURPENAK

• Antibiotikoen mekanismo eragileak laburbilduz...

1. Horma zelularraren sintesian eragiten duten antimikrobianoak

2. DNAren erreplikazio eta transkripzioan eragiten duten antimikrobianoak

3. Proteinen sintesian (itzulpena) eragiten dute antimikrobianoak

4. Mintzen (batez ere gramnegatiboen kanpo mintzea) egonkortasunean eta iragazkortasunean eragiten duten antimikrobianoak

5. Oinarrizko bide metabolikoetan eragiten duten antimikrobianoak

6. Lipidoen biosintesian eragiten duten antimikrobianoak

• Bakterioen erresistentzia mekanismoak laburbilduz...

1. Kanpo mintzaren iragazkortasunean eragiten duten erresistentzia mekanismoak:

- Porinen mutazioak (ez sartzeko edo behin barruan, kanporatzeko)

- LPSetan dauden antibiotikoekiko lotura guneen mutazioz

2. Antimikrobianoak suntsituko dituzten entzimak garatuz.

3. Antimikrobianoek itu molekuletan duten lotura guneen mutazioz (erribosometan, bakterio entzimetan,...)

Hau guzti hau ikusita eta kontutan edukiz gure bakterio maitatu-gorrotatu hauek, gero eta sasoi hobean daudela, mesedez:

Medikua den norbait baduzue inguruan, gogoan izan honako arau txiki hauek jarraituko dituela antibiotikoak eskaintzekotan:

• Jolastu eta ikasi munduko osasun elkarteak prestatu dizuen test interesgarri honekin. Zenbat dakizu antibiotikoen inguruan?

• Zerbait gehiago jakin nahi bazenu... hemen

Bibliografia:

- Michael T. Madigan, John M. Martinko, Paul V. Dunlap, David P. Clark. Brock. Biología de Los microorganismos.

- Kenneth J. Ryan, C. George Ray, Sherris. Microbiología Médica. 

- Munduko Osasun Erakundea.