Antimikrobielle Mechanismen und Resistenzen

Mechanismus bei Beta-Lactam-Antibiotika

Alle Beta-Lactam-Antibiotika (einschließlich Penicillin) tragen einen quadratischen Beta-Lactam-Ring im Kern ihrer chemischen Struktur. Dieser hochreaktive Aspekt ihrer Struktur ist für ihre antimikrobielle Wirkung verantwortlich.

Das Enzym Transpeptidase (grüne Komponente in Abbildung 1 unten) ist für die Vernetzung der Muraminsäure-Seitenketten des Peptidoglykans (dargestellt durch die orangefarbenen Kugelketten in Abbildung 1 unten) verantwortlich. Durch diese Vernetzung entsteht eine starke Zellwand.

Penicillin (violette Komponente in Abbildung 1) kann eine Komponente dieser Seitenkette nachahmen und als solche irreversibel an das aktive Zentrum des Enzyms binden, wodurch es an der Ausführung dieser Vernetzungsarbeit gehindert wird. Dies führt zum Abbau der bakteriellen Zellwand.

Abbildung 1: Penicillin bindet an das Enzym Transpeptidase. Dies stellt den Wirkmechanismus aller Beta-Lactam-Antibiotika dar. In Feld A sind das Enzym und Pencillin getrennt dargestellt. In B sieht man, wie sich das Medikament in die Bindungsstelle des Enzyms einfügt und so die normale Funktion des Enzyms verhindert.

Beta-Lactam-Resistenz

Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie Bakterien gegen Beta-Lactam-Antibiotika resistent werden können:

1) Mutation der aktiven Stelle der Transpeptidase: Dies ist in Feld C von Abbildung 2 dargestellt. Wenn das Antibiotikum aufgrund einer Konformationsänderung nicht mehr an das Zielenzym binden kann, kann auch das Medikament seine Wirkung nicht mehr entfalten. Dies ist im letzten Feld von Abbildung 1 oben dargestellt.

Abbildung 2: Bakterielle Resistenz gegen Beta-Lactam-Antibiotika

2) Expression eines Lactamase-Enzyms: Lactamase-Enzyme spalten den äußerst wichtigen quadratischen Beta-Lactam-Ring, der für die Wirkung dieser Klasse von Antibiotika verantwortlich ist. Indem das Enzym den Ring zerteilt, bevor das Medikament die Möglichkeit hatte, mit seinem Ziel in Wechselwirkung zu treten, kann es eine Bindung zwischen Medikament und Ziel verhindern.

3) Veränderte Membrandurchlässigkeit: Veränderungen an der Zellwand, die den Eintritt eines Medikaments in die Zelle verhindern oder verlangsamen, können eine gewisse Resistenz bewirken. Wenn das Medikament das Ziel nicht erreichen kann, kann es auch keine Wirkung entfalten!

4) Aktiver Efflux des Wirkstoffs: Effluxpumpen sind Transmembranproteine, die Verbindungen aus der Zelle pumpen. Wenn ein Bakterium beginnt, eine Pumpe zu exprimieren, die ein Medikament schnell entfernen kann, sinkt die Wirkung dieses Medikaments stark.