Hvað er og hvernig verkar penisillín?

Penisillín (e. penicillin) er fúkkalyf sem notað er til að vinna á bakteríusýkingum. Í daglegu tali er orðið penisillín ekki notað um eitt ákveðið lyf heldur nær það yfir mismunandi tegundir penisillína og hóp sýklalyfja sem eru búin til úr pensillíni. Penisillín sýklalyf eru mest notuðu sýklalyf hér á landi enda eru alvarlegar aukaverkanir ekki algengar.

Tegundir penisillíns

Af þeim mörgu tegundum og afbrigðum sem til eru af penisillíni má nefna penisillín G, eða Benzylpenisillín. Þessa tegund er ekki hægt að gefa um munn þar sem magasýrurnar brjóta hana niður en sé henni sprautað í vefi líkamans vinnur hún betur á bakteríum. Penisilín V, eða fenoxýmetýlpenisillín (penisillín V) má hins vegar taka um munn en það er ekki eins virkt og penisillín G. Þriðja gerðin sem hér verður nefnd er benzathinepenisillín. Hún er gefin í vöðva og notuð þegar þörf er á langvarandi meðferð, en ein lyfjagjöf í vöðva getur enst í 2-4 vikur. Síðast má nefna svokallað procainepenisillín, sem er einnig sprautað í vöðva, en það er blanda benzylpenisillíns og deyfilyfisins procaine. Þessi blanda er notuð þegar minnka þarf sársauka við pensillíngjöf í vöðva.

Saga penisillíns

Franskur læknanemi, Ernest Duchesne að nafni, uppgötvaði bakteríudrepandi eiginleika penisillíns fyrstur manna þegar hann skoðaði mygluna Penicillum glaucum sem notuð er til að búa til gorgonzolaost. Þetta var árið 1896 en uppgötvun hans vakti enga sérstaka athygli.

Heiðurinn af uppgötvun penisillíns er þó venjulega eignaður skoska vísindamanninum Alexander Fleming (1881-1955) sem enduruppgötvaði það árið 1928. Fleming var að skoða Staphylococcus-bakteríur og tók eftir því að þær virtust ekki vaxa nálægt myglu sem hafði myndast á ræktunardisknum. Hann hreinræktaði mygluna og komst að því að sveppurinn, sem reyndist vera Penicillum notatum, gaf frá sér bakteríudrepandi efni. Efnið var síðan kennt við sveppinn og kallað penisillín.

Fleming hætti rannsóknum sínum á penisillíni árið 1931 þar sem hann taldi að áhrif þess í mannslíkamanum væru ekki nógu langvarandi til að lækna sjúkdóma. Fleiri þættir komu einnig til svo sem takmarkaður áhugi annarra fræðimanna. Rannsóknir á penisillíni hófust þó aftur árið 1939 og voru þar að verki ástralski meinafræðingurinn Howard Florey (1898-1968) og þýski lífefnafræðingurinn Ernst Chain (1906-1979) ásamt öðru rannsóknarliði við Oxford háskóla. Þessar rannsóknir leiddu til þess að farið var að framleiða penisillín og vaknaði sú von að með því væri hægt að útrýma sjúkdómum. Uppgötvanir Flemings, Floreys og Chains leiddu til þess að þeim voru veitt Nóbelsverðlaunin í lífeðlisfræði eða læknisfræði árið 1945.

Howard Florey og Ernst Chain.
Í byrjun 5. áratugarins uppgötvaðist efnabygging penisillíns og var þar meðal annarra að verki breski efnafræðingurinn Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910-1994). Þekking á efnabyggingunni gerði framleiðslu á gervipenisillíni mögulega.

Nokkur vandkvæði voru á notkun penisillíns til að byrja með þar sem það reyndist bæði erfitt í framleiðslu og skildist hratt út úr líkamanum; þremur til fjórum tímum eftir að lyfið var tekið hafði um 80% efnisins skilast út. Til að bregðast við þessu var þvagi sjúklinga safnað og lyfið einangrað aftur. Þess gerðist þó ekki lengur þörf þegar betri framleiðsluaðferðir komu fram. Auk þess kom í ljós að hægt var að koma í veg fyrir hraðan útskilnað úr líkamanum með því að gefa efnið probenecid samhliða pensillíninu, en nýrun vinna frekar að því að skilja það út en penisillínið. Með enn betri framleiðsluaðferðum á gervipensillíni hefur þó dregið úr notkun á probenecid.

Framleiðsla á penisillíni hófst á 5. áratug síðustu aldar.

Virkni penisillíns

Penisillín hefur mest áhrif á svokallaðar gram-jákvæðar bakteríur (e. gram-positive). Bakteríum er skipt í gram-jákvæðar og gram-neikvæðar eftir því hvernig þær bregðast við svokallaðri gram-vefjalitun. Gram-jákvæðar frumur litast dökkbláar eða fjólubláar vegna mikils magns af slímpeptíðum (e. peptidoglycan eða murein) í frumuvegg þeirra. Þessar jákvæðu frumur vantar venjulega fitufjölsykurlag (e. lipopolysaccharide) sem er himna sem gram-neikvæðar bakteríur hafa.

Penisillín tilheyrir svokölluðum beta-laktam sýklalyfjum en beta-laktam vísar til ákveðinnar uppröðunar atóma í sameind; þau mynda hring sem samanstendur af þremur kolefnisatómum og einu nituratómi. Mörg slík lyf, þar á meðal penisillín, virka þannig að þau hamla nýmyndun slímpeptíða í frumveggjum, nánar tiltekið myndun krosstengja sem tengja saman slímpeptíðin í bakteríunni. Þessi peptíð gegna mikilvægu hlutverki þar sem þau styrkja frumvegginn og móta útlit bakteríunnar auk þess sem þau taka þátt í skiptingu frumunnar. Beta-laktam hluti penisillínsins binst tengjum slímpeptíðanna á sérstökum móttökurum (e. penicillin-binding proteins (PBPs) og veikir frumuvegginn þegar bakterían fjölgar sér með þeim afleiðingum að hún deyr. Penisillín virkar aðeins þegar bakteríur eru að skipta sér því þá myndast áðurnefnd krosstengi.

Penisillín.
Margar sýklategundir hafa myndað þol gegn penisillín-lyfjum. Þetta getur stafað af breytingum á móttökurunum sem penisillínið notar til að bindast bakteríum. Önnur og algengari ástæða fyrir penisillínónæmi er að bakteríurnar framleiða sérstakt ensím (beta-laktamasa) sem brýtur niður beta-laktam hringinn í penisillíninu og gerir lyfið óvirkt.

Með framförum á síðustu árum hafa komið fram lyf sem nota má við penisillínþolnum sýklum. En þó til séu mörg þannig lyf eru enn bakteríur sem virðast ónæmar fyrir öllum þekktum lyfjum. Það er því endalaust kapphlaup á milli vísindamanna og sýkla þar sem þeir fyrrnefndu reyna að finna ný lyf á móti sífellt nýjum stökkbreytingum hinna síðarnefndu.

Heimildir 

Grein þessi birtist fyrst á Vísindavef HÍ