معلومة

لماذا يمتلك التتراسيكلين مثل هذا الطيف الواسع من النشاط؟

لماذا يمتلك التتراسيكلين مثل هذا الطيف الواسع من النشاط؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما هي الخصائص التركيبية والكيميائية التي تجعل التتراسيكلين واسع الطيف بشكل فريد؟ أنا أفهم أنه يعمل على الموقع A للريبوسوم بدائية النواة ، ولكن هناك العديد من الأدوية الموجهة للريبوسوم والتي تكون طيفها ضيقًا نسبيًا. أفترض أن له علاقة بنفاذه في عدة فئات مختلفة من جدران و / أو أغشية الخلايا البكتيرية - لكن لا يمكنني العثور على أي أدبيات تربط جزءًا مميزًا من هيكلها بهذه النفاذية.


هذا سؤال مخادع. بادئ ذي بدء ، لن أسمي التتراسيكلين الطيف الواسع "الفريد". وهي ذات طيف واسع ، ولكن هناك أدوية أخرى ذات تغطية واسعة بشكل متساوٍ مع غياب المقاومة المكتسبة (على سبيل المثال ، إيميبينيم والكلورامفينيكول) ، والاستخدام السريري الحالي للتتراسيكلين محدود إلى حد ما بسبب انتشار المقاومة. ومع ذلك ، ليس لديهم أي قيود فئوية كبيرة. مرة أخرى ، في غياب المقاومة المكتسبة ، تعتبر التتراسيكلين فعالة ضد الهوائيات الهوائية إيجابية الجرام واللاهوائية ، والكائنات الحية سالبة الجرام ، كما يبدو أنك تعلم.

تصل التتراسيلين إلى هدفها على الوحدة الفرعية 30S من الريبوسوم البكتيري (يحجب الموقع A ، كما قلت) عن طريق الانتشار السلبي عبر بورين الغشاء الخارجي للبكتيريا سالبة الجرام ، والنقل النشط عبر الغشاء السيتوبلازمي للبكتيريا سالبة الجرام والبكتيريا الموجبة للجرام ، لكن آلية هذا النقل النشط لا تزال غير معروفة. هذه مراجعة جيدة إلى حد ما على الرغم من كونها قديمة جدًا. الآن ، بعد حوالي 30 عامًا ، ما زلنا لم نحدد الآلية الدقيقة ، كما يمكنك أن تقرأ في أحدث إصدار لـ Goodman & Gillman (13) ، الفصل. 59 ، يتطلب عبور الغشاء السيتوبلازمي طاقة أيضية ، لكن العملية ليست مفهومة جيدًا. لهذا السبب ، لا يمكننا الإشارة إلى خاصية هيكلية أو كيميائية محددة. بالنسبة للكلورامفينيكول ، ستكون القدرة على الانتشار عبر الغشاء السيتوبلازمي ؛ بالنسبة للتتراسيكلين ، لا نعرف. أظن أن جزءًا من السبب في ذلك هو أن الناس يهتمون الآن بالمضخات التي تزيل التتراسيكلين من الخلية أكثر من تلك التي تتراكمها ، لذا فإن الأمر يتعلق بأولويات البحث أكثر من بعض آليات النقل التي يصعب اكتشافها بشكل خاص.


التتراسيكلين

التتراسيكلين، تباع تحت اسم العلامة التجارية سوميسين هو مضاد حيوي يؤخذ عن طريق الفم من عائلة أدوية التتراسيكلين ، ويستخدم لعلاج عدد من العدوى ، [1] بما في ذلك حب الشباب ، والكوليرا ، وداء البروسيلات ، والطاعون ، والملاريا ، والزهري. [1]

    60-54-8 ذ
    PubChemCID
  • DB00759 ذ
  • 10257122 ذ
  • D00201 ذ
  • تشيبي: 27902 سنة
  • ChEMBL1440 ذ
InChI = 1S / C22H24N2O8 / c1-21 (31) 8-5-4-6-11 (25) 12 (8) 16 (26) 13-9 (21) 7-10-15 (24 (2) 3) 17 (27) 14 (20 (23) 30) 19 (29) 22 (10،32) 18 (13) 28 / ساعة4-6،9-10،15،25،27-28،31-32H ، 7H2 ، 1-3H3 ، (H2 ، 23 ، 30) / t9- ، 10- ، 15- ، 21 + ، 22- / m0 / s1 Y المفتاح: OFVLGDICTFRJMM-WESIUVDSSA-N Y

تشمل الآثار الجانبية الشائعة القيء والإسهال والطفح الجلدي وفقدان الشهية. [1] تشمل الآثار الجانبية الأخرى ضعف نمو الأسنان إذا استخدمها الأطفال أقل من ثماني سنوات ، ومشاكل في الكلى ، وحروق الشمس بسهولة. [1] قد يؤدي الاستخدام أثناء الحمل إلى الإضرار بالطفل. [1] وهو يعمل عن طريق تثبيط تخليق البروتين في البكتيريا. [1]

تم تسجيل براءة اختراع التتراسيكلين في عام 1953 ودخل حيز الاستخدام التجاري في عام 1978. [2] وهو مدرج في قائمة منظمة الصحة العالمية للأدوية الأساسية. [3] يتوفر التتراسيكلين كدواء عام. [1] كان التتراسيكلين مصنوعًا في الأصل من بكتيريا ستربتوميسيس نوع. [1]


مضادات حيوية التتراسيكلين نص كامل

تحتوي المضادات الحيوية التيتراسيكلين على نطاق واسع من النشاط ، وهي آمنة نسبيًا ، ويمكن استخدامها في العديد من طرق الإعطاء ، وتستخدم على نطاق واسع. لديهم حتى نشاط مضاد للأوالي. يكمن الاختلاف الرئيسي بين التتراسيكلين في خواصها الحركية. المقاومة المتقاطعة بين أعضاء المجموعة متكررة.

التركيب والخصائص الكيميائية

أربع حلقات مدمجة من 6 ذرات ، كما هو موضح في الشكل المصاحب ، تشكل الهيكل الأساسي الذي تصنع منه التتراسيكلينات المختلفة. تختلف المشتقات المختلفة في واحد أو أكثر من أربعة مواقع على هيكل الحلقة المستوية الصلب. تم اشتقاق التتراسيكلينات الكلاسيكية من Streptomyces spp. ، لكن المشتقات الأحدث شبه اصطناعية كما هو الحال عمومًا للأعضاء الأحدث في مجموعات الأدوية الأخرى. يختلف استقرار التتراسيكلين في المحلول باختلاف الأس الهيدروجيني والمشتق. الأدوية مذبذبة ، مما يعني أنها ستشكل أملاحًا مع كل من الأحماض والقواعد القوية. وبالتالي ، قد توجد كأملاح الصوديوم أو الكلوريد.

لا توجد مجموعات فرعية صلبة من التتراسيكلين ، ولكن أثناء دراستك لهذه المادة ، قد تلاحظ مدى تكرار وضع خصائصها في إحدى الفئات الثلاثة أدناه. تعتمد هذه على الجرعة وتكرار الإعطاء عن طريق الفم. تتضمن المجموعة 1 المشتقات القديمة مثل الكلورتتراسيكلين (الآن قليل الاستخدام) ، والأوكسي تتراسيكلين ، والتتراسيكلين. تشمل المجموعة 2 ديميكلوسايكلين وميثاسيكلين. تتضمن المجموعة 3 أدوية أحدث مثل الدوكسيسيكلين والمينوسكلين.

آلية العمل

ترتبط التتراسيكلين بشكل عكسي بالوحدات الفرعية الصغيرة من الريبوسومات البكتيرية (وحقيقية النواة) حيث تتداخل مع ارتباط الحمض النووي الريبي المشحون بالموقع & quotAcceptor & quot. هم & quotbacteriostatic & quot بدلا من cidal. يمكن أن يمنع التتراسيكلين أيضًا تخليق البروتين في المضيف ، ولكن من غير المرجح أن يصل إلى التركيز المطلوب لأن الخلايا حقيقية النواة لا تمتلك آلية امتصاص التتراسيكلين.

مقاومة

يتم تلبية التتراسيكلين بشكل متزايد بواسطة الكائنات المقاومة عند استخدامه في الممارسة السريرية ، ولكن لا يزال يعتبر مفيدًا. تتراكم الكائنات الحية الحساسة التتراسيكلين داخل الخلايا بسبب أنظمة النقل النشطة. لا توجد إنزيمات معروفة تعمل على تعطيل التتراسيكلين. عادةً ما تعني مقاومة أحد التتراسيكلين مقاومة للآخرين ، على الرغم من أن بعض الدراسات البحثية قد لاحظت اختلافات في MICs لمختلف مشتقات التتراسيكلين - أزواج عزل. هذه الاختلافات ليست كبيرة وليست موحدة في جميع أنحاء البلاد.

تنتقل المقاومة في البلازميدات التي ترمز للبروتينات التي تضخ وتخرج الأدوية من الخلايا. يمثل التركيز داخل الخلايا التوازن بين آليات الإدخال والإخراج. هناك تشابه مفاهيمي في آلية المقاومة هذه وتلك الموجودة في الخلايا السرطانية التي تطور مقاومة للأدوية المختلفة المضادة للسرطان في خطوة واحدة.

الدوائية

لاحظ التشابه بين الدوكسيسيكلين والحرائك الدوائية للمينوسكلين في المناقشة التالية. إنها تتراسيكلين جديدة نسبيًا تم تطويرها للتغلب على أوجه القصور في المشتقات القديمة.

الامتصاص / الإدارة

يتم استخدام التتراسيكلين بشكل أساسي عن طريق الفم ، ولكن توجد الأشكال الموضعية ، والعضل ، والرابع. فقط أوكسي تتراسيكلين والتتراسيكلين لهما أشكال جرعات عضلية ، والآخرون يسببون خراجات معقمة. يتم إعطاء الحقن في الوريد عن طريق التسريب لتجنب انهيار القلب والأوعية الدموية. توجد أشكال الجرعة الوريدية للمينوسكلين والدوكسيسيكلين والاثنين اللذين لهما أيضًا أشكال جرعة عضلية ، أوكسي تتراسيكلين والتتراسيكلين.

تتفاوت التتراسيكلينات بشكل كبير في توافرها البيولوجي وتأثير الطعام عليها. يتمتع الدوكسيسيكلين والمينوسكلين بتوافر حيوي عالٍ جدًا ، في حدود 90 إلى 100٪ ، ووجود الطعام له تأثير ضئيل. لدى الآخرين توافرات بيولوجية تقارب 58 إلى 77٪ وتنخفض بشكل كبير عن طريق الطعام. يشكل الكالسيوم والألمنيوم والمغنيسيوم مخلّبات غير قابل للذوبان مع التتراسيكلين لتقليل التوافر البيولوجي. الحليب غني بالكالسيوم وكل هذه الأيونات غنية بمضادات الحموضة لذا يجب تجنبها. تحتوي بعض المسهلات على المغنيسيوم. لأن التتراسيكلين من المواد المهيجة التي تسبب اضطراب المعدة ، يجب تحذير المرضى بعدم استخدام الحليب أو مضادات الحموضة لمواجهة الضيق. يجب تحذير أصحاب الحيوانات بالمثل.

توزيع

يصل الدوكسيسيكلين إلى التركيزات العلاجية في العين. كما يتم توزيع مينوسكلين على نطاق واسع ، حيث يصل إلى تركيزات عالية في اللعاب والدموع. يستخدم كلاهما في علاج التهابات الجهاز البولي التناسلي لأنهما ينتجان تركيزات علاجية في هذه الأنسجة ، بما في ذلك البروستاتا. يتم توزيع جميع التتراسيكلينات على معظم سوائل الجسم بما في ذلك السوائل عبر الخلايا مثل الصفراء ، وإفرازات الجيوب الأنفية ، والسوائل الزليلية ، والسوائل الجنبية. تركيزات السائل الدماغي النخاعي هي 10-25٪ من تركيزات البلازما. هذا منخفض بدرجة كافية بحيث لا يوصى به بشدة لعدوى الجهاز العصبي المركزي.

من خلال العمل مع الماشية ، وجد Ziv and Sulman (1974) أن ما يقرب من 20 دقيقة كانت مطلوبة للدوكسيسيكلين والمينوسكلين عن طريق الوريد للوصول إلى نسبة الحليب: المصل فوق 1.5. استغرق التتراسيكلين والأوكسي تتراسيكلين 60 دقيقة للوصول إلى نسب 1.25 و 0.75 على التوالي. تعكس هذه القيم الاختلافات في قدرة الأدوية على عبور الأغشية المشار إليها أعلاه. ومع ذلك ، لاحظ أنه في جميع الحالات ، اقتربت النسبة من 1 أو أكثر ، وهي نتيجة لم تُلاحظ مع أدوية مثل بيتا لاكتام أو أمينوغليكوزيدات.

التتراسيكلين لها أحجام كبيرة ظاهرة للتوزيع ، تتراوح من 0.7 لتر / كجم للدوكسيسيكلين إلى 1.9 لتر للأوكسي تتراسيكلين. يصنف التتراسيكلين تعقيدات استخدام Vd كمؤشر على التركيزات العلاجية في الأنسجة. تتواجد التتراسيكلينات في العظام والأسنان والكبد والعمود الفقري والأورام. نظرًا لارتباطها الشديد بهذه الأنسجة والعظام ، يتم توزيعها بشكل غير متجانس خارج البلازما. ومن المفارقات ، أن الدوكسيسيكلين والمينوسكلين يعبران الأغشية بسهولة أكثر من أي من الأغشية الأخرى ، ولكن لأن الارتباط العالي ببروتينات البلازما يعوض التراكم في العظام والأنسجة الأخرى ، فإن لهما Vds من 0.14 إلى 0.7 لتر / كجم.

تكون أحجام التوزيع للحيوانات في نفس النطاق مثل البشر ، ولكن تحدث اختلافات كبيرة. على سبيل المثال ، Vd من مينوسكلين هو 1.9 لتر / كغ في الكلاب مقابل 0.4 للبشر. Oxytetracycline Vds هي 1.4 و 0.8 و 2.1 و 2.1 لتر / كجم للخيول والماشية والكلاب والقطط ، على التوالي. لاحظ أن القيمة بالنسبة للإنسان ، 0.9 إلى 1.9 لتر / كجم ، تضع بين قوسين النطاق لهذه الأنواع.

إزالة

يتم التخلص من جميع التتراسيكلينات عبر المسارات الكلوية والصفراوية ، ولكنها تختلف في اعتمادها النسبي على الاثنين. جميعهم يخضعون لدورة معوية كبدية كبيرة. يتم التخلص من الدوكسيسيكلين والمينوسكلين بشكل أساسي في الصفراء ويتم التخلص من أقل من الثلث دون تغيير. يتم التخلص من أوكسي تتراسيكلين ، تتراسيكلين ، ميثاسيكلين ، وديمكلوسيكلين بشكل أساسي في البول بنسبة 42 إلى 70٪ ، اعتمادًا على المشتق ، يتم التخلص منها دون تغيير.

تتراوح فترات نصف العمر للتخلص من 6-11 ساعة للتتراسيكلين والأوكسي تتراسيكلين إلى 11 إلى 23 للدوكسيسيكلين والمينوسكلين. إن انقطاع البول بالكاد يغير معدل التخلص من الدوكسيسيكلين والمينوسكلين ، لكن نصف عمر التخلص من التتراسيكلين يزيد إلى 57 إلى 108 ساعة.

تميل فترات نصف العمر للتخلص من الأوكسي تتراسيكلين والتتراسيكلين والمينوسكلين إلى أن تكون أقصر في الكلاب ، حوالي 6 ساعات ، مقارنة بالبشر (9.5 ، 10.6 ، 17.5 ساعة ، على التوالي). تمتلك الخيول والماشية فترات نصف عمر للتخلص من الأوكسي تتراسيكلين مماثلة لتلك التي لدى البشر. [قد يكون للخيول / الحمير أنصاف عمر أطول مما يؤدي إلى السمية التي يتم الإبلاغ عنها بشكل متكرر ، Bowersock ، T. 1995]

تشير البيانات المقدمة أعلاه للدوكسيسيكلين والمينوسكلين إلى أنهما يتحولان إلى حد ما في الكبد. في الواقع ، قد يؤدي تحريض الفينيتوين أو الباربيتورات لأنزيمات التمثيل الغذائي للكبد إلى تقليل نصف عمر الإطراح للدوكسيسيكلين بأكثر من 50٪.

الآثار السلبية

تعتبر التتراسيكلينات عمومًا غير سامة نسبيًا ، ولكنها تنتج عددًا كبيرًا من التأثيرات الضارة ، والتي يمكن أن يهدد بعضها الحياة في ظل الظروف المناسبة. لذلك ، لا ينبغي استخدامها بشكل عرضي.

فرط الحساسية

ردود الفعل التحسسية ليست مشكلة كبيرة مع التتراسيكلين على الرغم من حدوثها.

الآثار الضارة البيولوجية

عدوى

قد تحدث عدوى فائقة (عدوى فائقة) مع التتراسيكلين ، خاصةً الأقدم ، والأكثر امتصاصًا بشكل سيئ عند تناولها عن طريق الفم. بسبب طيف نشاطها الواسع ، نشاطها ضد الكائنات الحية المتعايشة في الأمعاء ، والتركيز الفعال في القناة الهضمية ، فإنها دائمًا ما تغير الفلورا المعوية. قد يحدث هذا في غضون 24 إلى 48 ساعة ، ولكن هذه التغييرات لا تظهر سريريًا دائمًا مثل الإسهال. ليس من غير المعتاد العثور على عدوى خمائر أو بكتيريا ممرضة مقاومة. على الرغم من استياء إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) ، فقد تم تحضير المستحضرات التجارية من التتراسيكلين مع النيستاتين (مضاد للفطريات عن طريق الفم) للمساعدة في مكافحة عدوى الخميرة. تعتقد العديد من السلطات أنه نظرًا لأن مثل هذه العدوى الفائقة لا تحدث دائمًا ، فهناك خطر أقل على المريض إذا انتظر المرء حتى يكون هناك دليل على عدوى الخميرة قبل بدء العلاج.

إسهال

قد يحدث الإسهال وعادة ما يكون نتيجة للتغير في البكتيريا من القناة الهضمية. انظر مناقشة العدوى الفائقة.

عسر الهضم

قد يحدث عسر الهضم لأسباب سبق تقديمها تحت عنوان العدوى الفائقة. قد يكون من الصعب التفريق بين عسر الهضم الناجم عن التغيرات في الفلورا وبين تلك الناجمة عن التهيج المباشر للغشاء المخاطي المعدي المعوي.

من المحتمل أن يكون عسر الهضم مشكلة في المجترات بسبب العدد الكبير من البكتيريا والأوليات في الكرش. الخيول والأرانب والحيوانات الأخرى التي لديها أعداد كبيرة من الأعور / القولون الدقيقة حساسة أيضًا لتأثيرات التتراسيكلين.

قرحة الفم والحكة العجانية

التهاب الفم والحكة العجانية بسبب فرط نمو الخمائر أكثر شيوعًا وفقًا لمعيار USPDI11th90.

سمية مباشرة

معظم السمية المباشرة ترجع إلى الخصائص المهيجة للأدوية ، أو تثبيط تخليق البروتين ، أو ميلها للأنسجة العظمية.

تهيج

يمكن أن يكون تهيج الغشاء المخاطي في المعدة الذي يؤدي إلى تقلصات أو حرقة في المعدة شديد الخطورة بحيث يتسبب في ضعف امتثال المريض. هذا غالبا ما يؤدي إلى الغثيان والقيء. لاحظ أنه يمكن تناول مينوسكلين ودوكسيسيكلين مع الطعام لتقليل تأثير هذا التهيج.

نفس الخصائص المهيجة تحد أيضًا من استخدام هذه الأدوية لحقن العضل أو الحقن SC حيث تسبب جميعها الألم وتسبب معظمها خراجات معقمة.

ترسب في الأنسجة المتكلسة

يمكن أن يؤدي الترسب في الأنسجة المتكلسة ، على سبيل المثال ، إلى تغير اللون ، خاصة عند إعطائه خلال مراحل النمو. يمكن أن تؤدي الجرعات العالية التي تُعطى في مراحل غير مناسبة من النمو إلى تشوه العظام. تقريبا كل من تلقوا التتراسيكلين في طفولتهم سيكون لديهم أسنان تتألق تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية سواء كانت أسنانهم مصبوغة باللون البني أم لا.

دوار / خفة الرأس

يشيع ظهور الدوخة / الخفة مع مينوسيكلين ، ولكن ليس مع الآخرين. يحدث هذا بسبب التسمم الدهليزي أو سمية الجهاز العصبي المركزي وهو شديد الخطورة والتكرار لدرجة أن مركز السيطرة على الأمراض قد غير توصياته بشأن استخدامه غير الضروري.

تأثير مضاد للبول

التأثير المضاد للبول الناتج عن نقص تخليق البروتين. في وجود انخفاض في وظائف الكلى ، يتضح ذلك مثل آزوتيميا وزيادة نيتروجين اليوريا في الدم (SUN).

حساسية للضوء

قد تترافق الحساسية للضوء مع استخدام جميع التتراسيكلين ، ولكنها مشكلة خاصة مع ديميكلسكلين. يجب إبعاد المرضى عن أشعة الشمس الشديدة عند تناول التتراسيكلين.

التطبيق السريري

قائمة الأمراض التي يمكن استخدام التتراسيكلينات طويلة ، ولكن بسبب المقاومة المتزايدة أصبحت أقصر. يُنصح القارئ باستشارة & quotcurrent therapy & quot ، أو كتاب مدرسي & quotmedicine & quot ، أو مرجع مثل USPDI لمعرفة مدى وأنواع العدوى التي تعتبر علاجًا فعالًا لها. لأنها فعالة ضد مجموعة واسعة من البكتيريا والعديد من الأوليات ، فإن تطبيقاتها أوسع من العديد من مضادات الجراثيم.

التتراسيكلين فعال في العديد من الالتهابات التي تسببها البكتيريا سالبة الجرام وإيجابية الجرام. تشمل الأمثلة البروسيلا ، والفرانشيسيلا ، والزائفة الزائفة ، والنيسرية البنية ، واللولبية الشاحبة.

العديد من Pasteurellae و Borrelia hurgdorferi (مرض لايم). الاستخدام الأكثر شيوعًا في الطب البيطري هو مع السلفا (على سبيل المثال ، سلفاديميثوكسين [ألبون] الذي يتآزرون معه. يستخدم لعلاج معظم عدوى Strept و Staph و Pasteurella في الماشية [Bowersock 1995].

بالإضافة إلى ذلك ، التتراسيكلينات فعالة في التهابات الريكتسي ، مثل حمى كيو وحمى روكي ماونتين المبقعة ، وكذلك تلك التي تسببها الميكوبلازما والكلاميديا. غالبًا ما يكون السببان الأخيران من أسباب الالتهاب الرئوي والتهابات المسالك البولية التناسلية. يُعالج داء الببغاءات ، الناجم عن الكلاميديا ​​psittac i ، بالتتراسيكلينات.

قد تستفيد الحالات الإشكالية من الملاريا وداء الأميوبيا من التتراسيكلين الذي يُعطى بالتزامن مع علاج أكثر تحديدًا مضادًا للعدوى.

يمكن أيضًا استخدام ديميكلوسيكلين لعلاج مشكلة غير معدية تُعرف باسم متلازمة الهرمون المضاد لإدرار البول (SIADH) غير المناسب (الزائد). وهو يعمل عن طريق منع إعادة امتصاص الماء الناجم عن ADH في الكلى للحث على إدرار البول. من الواضح أنه عند استخدامه كعامل مضاد للعدوى ، يمكن اعتبار إدرار البول هذا بمثابة تأثير ضار.

مراجع

  1. Ziv & amp Sulman، Am. J. البيطري. الدقة. 35: 1197 ، 1974.
  2. USPDI ، الطبعة 11th ، 1991
  3. USPDI ، الطبعة الخامسة عشر ، 1995
  4. BM6th88 ، Huber ، WG ، Tetracyclines ، في الصيدلة البيطرية والعلاجات ، الطبعة السادسة ، محرران. بوث ، إن إتش وماكدونالد ، إل إي ، مطبعة جامعة ولاية آيوا ، 1988.
  5. رانج ، هـ. وم. دايل. علم العقاقير ، تشرشل ليفينجستون ، نيويورك 1987 ، الفصل 30.
  6. Bowersock ، T. ، 1995. الاتصالات الشخصية.

أسئلة الدراسة

1. ما هو الأساس الرئيسي لاختيار دواء واحد من مجموعة التتراسيكلين؟ بافتراض أنك أجبت عن خصائص الحرائك الدوائية ، كيف يمكن التوفيق بين ذلك وبين حقيقة أن التتراسيكلينات المحددة موصى بها غالبًا لعمليات معدية معينة؟

2. اعتاد المينوسكلين أن يكون العلاج الموصى به لحاملات المكورات السحائية ، لكن مركز السيطرة على الأمراض في أتلانتا لم يعد يوصي بهذا؟ ما هي السمية النوعية المرتبطة مينوسكلين؟ ماذا يعني التغيير في هذه التوصية بشأن نسب التكلفة والعائد لبعض استخدامات الأدوية؟

3. بأي طريقة تختلف التتراسيكلين (والسلفوناميدات التي ستتم دراستها لاحقًا) عن مضادات الجراثيم الأخرى في عملها على الأوليات؟ كن قادرًا على تسمية مرضين من أمراض البروتوزوان التي تعتبر التتراسيكلينات جزءًا معقولاً من العلاج لهما.

4. لماذا تفترض أن مجموعة من الأدوية تعتبر بشكل عام غير سامة في حين أنها تنتج الكثير من الآثار الضارة؟

5. يجب أن تكون قادرًا على التعرف على ومناقشة أساس كل من الآثار الضارة للتتراسيكلين ، على سبيل المثال ، العدوى الفائقة ، والإسهال ، وزيادة الشمس. يجب أن تكون قادرًا على سرد ومناقشة تأثيرين تمثيليين على الأقل من كل فئة من الفئتين المهمتين (للتتراسيكلين) للتأثيرات الضائرة.

6. كيف تقارن المقاومة المتصالبة للبكتيريا للتتراسيكلين بمقاومة بيتا لاكتام وأمينوغليكوزيدات؟

7. ما هي الاحتياطات الخاصة التي يجب اتخاذها مع التتراسيكلين عند استخدامه P.O.؟ أيهما على ما يبدو لم يتأثر بهذه المشكلة؟

8. لماذا العديد من التتراسيكلينات لا تستخدم أبدًا IM أو SC؟

9. لماذا يعتبر إعطاء التتراسيكلين عن طريق الوريد خطيرًا ، على الرغم من حقيقة أنه أحد وسائل الاستخدام المهمة؟ لاحظ أن بعض الأشخاص يعتقدون أن استخلاب الكالسيوم هو سبب هذا الانخفاض في ضغط الدم ، لكن هذا ليس صحيحًا بالضرورة. لا تعتبر إضافة أملاح الكالسيوم إلى الحقن ممارسة جيدة. إدارة بطيئة!

10. اشرح كيف يمكن أن يكون Vd الظاهر لبعض التتراسيكلين أكبر من إجمالي ماء الجسم؟

11. ما هو تأثير ضعف وظائف الكلى أو الكبد على معدل التخلص من التتراسيكلينات. اسم واحد يتم التخلص منه بشكل أساسي عن طريق الكلى والآخر الذي يتم التخلص منه بشكل أساسي عن طريق الصفراء.

12. كيف يمكن أن يؤدي التناول المتزامن للفينيتوين أو الفينوباربيتال والتتراسيكلين مثل الدوكسيسيكلين إلى فشل الدواء؟


بقايا اللحوم ومنتجاتها | العلف ومخلفات الأدوية

S. Croubels و. كورتين ، موسوعة علوم اللحوم ، 2004

التتراسيكلين

التتراسيكلينات هي مجموعة من المضادات الحيوية مشتقة في الأصل من بعض ستربتوميسيس النيابة. الممثلون الرئيسيون لمجموعة التتراسيكلين المتاحة لعلاج الحيوانات المنتجة للغذاء هم التتراسيكلين ، والأوكسي تتراسيكلين ، والكلورتتراسيكلين ، والدوكسيسيكلين. تُستخدم التتراسيكلين ، وهي مضادات حيوية واسعة الطيف ، في علاج أمراض الجهاز التنفسي ، على سبيل المثال ، في الأبقار والأغنام والخنازير والدجاج ، ويمكن إعطاؤها بالحقن أو عن طريق الفم أو موضعياً. بعد تطبيق التتراسيكلين على الحيوانات ، يمكن العثور على بقايا المضادات الحيوية المقيدة في عظام الحيوانات المذبوحة حتى بعد أشهر من العلاج. يمكن أن تصل هذه المخلفات المربوطة إلى السلسلة الغذائية عن طريق اللحوم الملوثة (اللحوم منزوعة العظم ميكانيكياً) أو اللحوم والعظام.

يظهر التركيب الكيميائي للتتراسيكلين في الشكل 10 .


المضادات الحيوية التتراسيكلين: طريقة العمل ، والتطبيقات ، والبيولوجيا الجزيئية ، وعلم الأوبئة للمقاومة البكتيرية

تم اكتشاف التتراسكلين في الأربعينيات من القرن الماضي وعرض نشاطه ضد مجموعة واسعة من الكائنات الحية الدقيقة بما في ذلك البكتيريا موجبة الجرام وسالبة الجرام ، والكلاميديا ​​، والميكوبلازما ، والريكتسيا ، والطفيليات الأولية. إنها مضادات حيوية غير مكلفة ، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في الوقاية والعلاج من العدوى البشرية والحيوانية وأيضًا على المستويات تحت العلاجية في علف الحيوانات كمحفزات للنمو. تم عزل أول بكتيريا مقاومة للتتراسيكلين ، الشيغيلة الزحارية ، في عام 1953. تحدث مقاومة التتراسيكلين الآن في عدد متزايد من البكتيريا المسببة للأمراض ، الانتهازية ، والمتعايشة. يحد وجود مسببات الأمراض المقاومة للتتراسيكلين من استخدام هذه العوامل في علاج المرض. غالبًا ما ترجع مقاومة التتراسيكلين إلى اكتساب جينات جديدة ، والتي ترمز لتدفق التتراسيكلين المعتمد على الطاقة أو البروتين الذي يحمي الريبوسومات البكتيرية من عمل التتراسيكلين. ترتبط العديد من هذه الجينات بالبلازميدات المتنقلة أو الترانسبوزونات ويمكن تمييزها عن بعضها البعض باستخدام الطرق الجزيئية بما في ذلك تهجين الحمض النووي والحمض النووي مع تحقيقات قليلة النوكليوتيد وتسلسل الحمض النووي. يكتسب عدد محدود من البكتيريا المقاومة من خلال الطفرات ، والتي تغير نفاذية غشاء البورنز الخارجي و / أو عديدات السكاريد الدهنية في الغشاء الخارجي ، وتغير تنظيم أنظمة التدفق الفطري ، أو تغير الحمض الريبي النووي الريبوزي 16S. يتم فحص مشتقات التتراسيكلين الجديدة ، على الرغم من أن دورها في العلاج غير واضح. هناك حاجة إلى تغيير استخدام التتراسيكلين في صحة الإنسان والحيوان وكذلك في إنتاج الغذاء إذا أردنا الاستمرار في استخدام هذه الفئة من مضادات الميكروبات واسعة النطاق خلال القرن الحالي.

الأرقام

هيكل 6-deoxy-6-demethyltetracycline ، الحد الأدنى ...

هيكل 6-deoxy-6-demethyltetracycline ، الحد الأدنى من حامل التتراسيكلين الدوائي.

متطلبات الكيمياء المجسمة واستبدال ...

متطلبات الكيمياء المجسمة والاستبدال للنشاط الأمثل المضاد للبكتيريا ضمن سلسلة التتراسيكلين.


احتياطات

عام

كما هو الحال مع مضادات الجراثيم الأخرى ، قد يؤدي استخدام هذا الدواء إلى فرط نمو الكائنات غير الحساسة ، بما في ذلك الفطريات. في حالة حدوث عدوى إضافية ، توقف عن استخدام مضادات الجراثيم وبدء العلاج المناسب.

علاج جميع الالتهابات الناجمة عن العقديات الحالة للدم من المجموعة أ لمدة عشرة أيام على الأقل.

إجراء شق وتصريف أو إجراءات جراحية أخرى بالتزامن مع العلاج المضاد للبكتيريا ، عند الحاجة.

إن وصف التتراسيكلين في حالة عدم وجود عدوى بكتيرية مثبتة أو مشكوك فيها بشدة أو مؤشر وقائي من غير المرجح أن يوفر فائدة للمريض ويزيد من خطر تطور البكتيريا المقاومة للأدوية.

معلومات للمرضى

ينصح المرضى بأن الأدوية المضادة للبكتيريا بما في ذلك التتراسيكلين يجب أن تستخدم فقط لعلاج الالتهابات البكتيرية. لا يعالجون الالتهابات الفيروسية (مثل نزلات البرد). عندما يتم وصف التتراسيكلين لعلاج عدوى بكتيرية ، أخبر المرضى أنه على الرغم من أنه من الشائع الشعور بالتحسن في وقت مبكر من مسار العلاج ، يجب تناول الدواء وفقًا للإرشادات. قد يؤدي تخطي الجرعات أو عدم استكمال الدورة الكاملة للعلاج إلى (1) تقليل فعالية العلاج الفوري و (2) زيادة احتمالية تطوير البكتيريا المقاومة ولن يتم علاجها بواسطة التتراسيكلين أو الأدوية المضادة للبكتيريا الأخرى في المستقبل.

اختبارات المعمل

في حالات العدوى المنقولة جنسيًا ، عند الاشتباه في وجود مرض الزهري ، قم بإجراء فحوصات ميدانية مظلمة قبل بدء العلاج وتكرار مصل الدم شهريًا لمدة أربعة أشهر على الأقل.

تفاعل الأدوية

نظرًا لأن الأدوية المضادة للجراثيم قد تتداخل مع عمل البنسلين للجراثيم ، فمن المستحسن تجنب إعطاء التتراسيكلين بالتزامن مع البنسلين أو مضادات الجراثيم الأخرى.

نظرًا لأنه ثبت أن التتراسيكلين يحد من نشاط البروثرومبين في البلازما ، فقد يحتاج المرضى الذين يخضعون للعلاج بمضادات التخثر إلى تعديل تنازلي لجرعة مضادات التخثر.

تم الإبلاغ عن أن الاستخدام المتزامن لـ Tetracycline و methoxyflurane يؤدي إلى سمية كلوية قاتلة.

يتأثر امتصاص التتراسيكلين بمضادات الحموضة المحتوية على الألومنيوم والكالسيوم والمغنيسيوم والمستحضرات المحتوية على الحديد أو الزنك أو بيكربونات الصوديوم.

قد يؤدي الاستخدام المتزامن للتتراسيكلين إلى جعل موانع الحمل الفموية أقل فعالية.

التسرطن ، الطفرات ، ضعف الخصوبة

تُجرى حاليًا دراسات على الحيوانات على المدى الطويل لتحديد ما إذا كان هيدروكلوريد التتراسيكلين له إمكانات مسرطنة. أظهرت بعض مضادات الجراثيم ذات الصلة (أوكسي تتراسيكلين ، مينوسكلين) دليلًا على نشاط الأورام في الفئران.

في اثنين من أنظمة فحص خلايا الثدييات في المختبر (L 51784y سرطان الغدد الليمفاوية في الفئران وخلايا رئة الهامستر الصينية) ، كان هناك دليل على حدوث طفرات مع هيدروكلوريد التتراسيكلين.

لم يكن لهيدروكلوريد التتراسيكلين أي تأثير على الخصوبة عند تناوله في النظام الغذائي للذكور والإناث من الجرذان عند تناول ما يقرب من 400 مجم / كجم / يوم ، أي ما يقرب من 8 أضعاف أعلى جرعة بشرية موصى بها بناءً على مساحة سطح الجسم.

حمل

قد تكون النساء الحوامل المصابات بمرض كلوي أكثر عرضة للإصابة بفشل الكبد المرتبط بالتتراسيكلين.

العمل و الانجاز

تأثير التتراسيكلين على المخاض والولادة غير معروف.

الأمهات المرضعات

بسبب احتمالية حدوث تفاعل ضار خطير عند الرضع من التتراسيكلين ، يجب اتخاذ قرار بشأن إيقاف الدواء ، مع الأخذ في الاعتبار أهمية الدواء للأم (انظر التحذيرات).

استخدام الأطفال


نشاط مضادات الميكروبات

طريقة عمل:

يعكس نشاط التتراسيكلين المضاد للميكروبات ارتباطًا عكسيًا للوحدة الفرعية الريبوزومية 30S ، وعلى وجه التحديد في موقع متقبل aminoacyl-tRNA (& quotA & quot) على مجمع mRNA ribosomal ، مما يمنع ترجمة الريبوسوم. يتضح هذا التأثير أيضًا في خلايا الثدييات ، على الرغم من أن الخلايا الميكروبية أكثر عرضة بشكل انتقائي بسبب التركيزات الأكبر الملحوظة. تدخل التتراسيكلينات الكائنات الحية الدقيقة جزئيًا عن طريق الانتشار وجزئيًا عن طريق نظام يعتمد على الطاقة ، يتوسطه ناقل مسؤول عن التركيزات العالية التي تحققت في البكتيريا الحساسة. التتراسيكلينات بشكل عام جراثيم ، ونظام دفاع مضيف متجاوب ضروري لاستخدامها الناجح. في التركيزات العالية ، كما يمكن الحصول عليها في البول ، تصبح مبيد للجراثيم لأن الكائنات الحية تبدو وكأنها تفقد السلامة الوظيفية للغشاء السيتوبلازمي. تعتبر التتراسيكلين أكثر فعالية ضد تكاثر الكائنات الحية الدقيقة وتميل إلى أن تكون أكثر نشاطًا عند درجة حموضة 6-6.5. توصف الفعالية المضادة للبكتيريا بأنها تعتمد على الوقت.

المقاومة البكتيرية:

الآلية الأكثر شيوعًا التي تصبح بها الميكروبات مقاومة للتتراسيكلين هي تقليل تراكم الدواء في كائنات حساسة سابقًا. تشتمل آليتان على 1) ضعف امتصاص البكتيريا ، والذي يحدث في سلالات متحولة لا تحتوي على نظام النقل الضروري ، و 2) اكتساب البلازميد أو الترانسبوزون الأكثر شيوعًا لمضخات التدفق النشطة. يمكن نقل الجينومات لهذه القدرات إما عن طريق التنبيغ (كما في المكورات العنقودية الذهبية) أو عن طريق الاقتران (كما هو الحال في العديد من البكتيريا المعوية). تتمثل الآلية الثانية للمقاومة في إنتاج بروتين & quotprotective & quot ، والذي يعمل إما عن طريق منع الارتباط أو إزاحة الدواء المرتبط أو تغيير التأثير السلبي للالتصاق على وظيفة الريبوسوم. من بين التتراسيكلينات ، يتميز التيجيسيكلين بمقاومة أقل بسبب التدفق أو حماية الريبوسوم. في حالات نادرة ، يمكن تدمير التتراسيكلين بواسطة الأستلة. تتطور المقاومة ببطء بأسلوب متعدد الخطوات ولكنها منتشرة على نطاق واسع بسبب الاستخدام المكثف لتركيزات التتراسيكلين المنخفضة & # 160.

أطياف مضادات الميكروبات:

جميع التتراسيكلينات نشطة بشكل متساوٍ تقريبًا ولها عادةً نفس الطيف الواسع تقريبًا ، والذي يشمل كلا من البكتيريا الهوائية واللاهوائية موجبة الجرام وسالبة الجرام ، والميكوبلازما ، والريكتسيا ، والكلاميديا ​​، وحتى بعض الأوليات (الأميبات). التتراسيكلين بشكل عام هو الدواء المفضل لعلاج الريكتسيا والميكوبلازما. من بين الكائنات الحية الحساسة Wolbachia، كريكتسي داخل الخلايا يشبه التعايش الداخلي للديدان الخيطية ، بما في ذلك ديروفيلاريا إميتيس. سلالات الزائفة الزنجارية, بروتيوس, سيراتيا, كليبسيلا، و تروبريلا spp غالبًا ما تكون مقاومة ، مثلها مثل العديد من مسببات الأمراض الإشريكية القولونية يعزل. على الرغم من وجود مقاومة عامة متصالبة بين التتراسيكلين ، إلا أن الدوكسيسيكلين والمينوسكلين عادة ما يكونان أكثر فعالية ضد المكورات العنقودية.


آفاق المستقبل

تم إثبات الصلة بين استخدام المضادات الحيوية وتطوير المقاومة البكتيرية خلال السنوات الستين الماضية. تعتمد سرعة اكتساب عامل ممرض معين لمقاومة التتراسيكلين على عدد من العوامل ، لا يزال الكثير منها غير محدد بشكل جيد. يتم فحص عدد قليل من مركبات التتراسيكلين الجديدة أو هي قيد التجارب السريرية ، ولكن من غير المرجح أن يتوفر المزيد من المشتقات في المستقبل القريب. لسوء الحظ ، لا تميز البكتيريا بين الاستخدام في علاج العدوى البكتيرية عن استخدامها في علاج الحالات غير المعدية. هذا مصدر قلق ، لأن استخدام التتراسيكلين أوسع بكثير مما كان عليه قبل 20-30 عامًا. الاستهلاك العالمي من التتراسيكلين سنويا غير معروف. يمكن للمرء أن يفترض أن التتراسيكلين سيتم استخدامه بشكل متزايد ضد الأمراض الطفيلية الأولية وربما الأمراض الطفيلية الأخرى في المستقبل. لقد كان دور المضادات الحيوية في إنتاج الغذاء وتأثير ذلك على المقاومة البكتيرية لمسببات الأمراض البشرية موضوعًا ذا أهمية كبيرة ، كما أنه مكمل حديث لـ الأمراض المعدية السريرية [24] يخوض في تفاصيل كثيرة حول هذا الموضوع. ربما يكون مصدر القلق الأكبر هو الاستخدام العلاجي طويل المدى للتتراسيكلين لعلاج الحالات غير المعدية غير البكتيرية. هذا النوع من الاستخدام منخفض المستوى وطويل الأمد يضع ضغطًا انتقائيًا كبيرًا على البكتيريا التي يحملها المضيف وفي بيئة المضيف الذي تتم معالجته. إذا لم يتم فعل أي شيء ، فإن فائدة التتراسيكلين كعامل مضاد للجراثيم محدودة حيث تزداد المقاومة البكتيرية. لذلك ، نحتاج إلى تقليل جميع أنواع استخدام هذا العامل وجميع المضادات الحيوية المستخدمة في جميع أنحاء العالم إذا كنا نأمل في الحفاظ على علاج التتراسيكلين كخيار لهذا القرن.

أخيرًا ، أصبح الإرهاب البيولوجي تهديدًا حقيقيًا خلال العام الماضي. لقد تم اقتراح أن تكون الأسلحة البكتيرية الأكثر احتمالا Bacillus anthracis ، Francisella tularensisو / أو يرسينيا بيستيس [11]. في كل حالة ، الدوكسيسيكلين مهم للعلاج و / أو الوقاية (الجدول 1). لسوء الحظ ، مقاومة التتراسيكلين Y. pestis تم وصفه بالفعل ، لكنه نادر [1]. However, last year, during the anthrax attacks, the general public accumulated antibiotics at home and often took these antibiotics in anticipation of exposure without doctor's consultation [ 11]. This unnecessary exposure to antibiotics by large numbers of people may lead to increased prevalence of antibiotic-resistant bacteria in the community, both for the 3 agents that could be used in biological weapons and for any other pathogenic bacteria. Thus, education of the public, health authorities, and clinicians is needed now more than ever to eliminate home stockpiling of antibiotics, to ensure the correct use for all bacterial infections (especially during a biological attack), and to prevent use when antibiotics are not needed, such as use for treatment of viral infections.


Tetracycline Antibiotics

Tetracycline antibiotics used clinically include doxycycline, minocycline, and tetracycline, while tigecycline, which has the same four-ringed structure and is a derivative of minocycline, is the first member of the glycylcyclines to be approved their structures are shown in Figure 4.3.1 and their therapeutic indications are listed in Table 4.3.1.

Table 4.3.1 Therapeutic indications for the tetracycline antibiotics.

























Tetracycline antibiotic دواعي الإستعمال
Doxycycline Chronic prostatitis, sinusitis, syphilis, uncomplicated genital chlamydial infection, pelvic inflammatory disease, acne vulgaris, rosacea, Lyme disease, community-acquired pneumonia
Lymecycline Acne vulgaris
Minocycline Acne vulgaris, prophylaxis of asymptomatic meningococcal carrier state (no longer recommended)
Oxytetracycline Acne vulgaris, rosacea
التتراسيكلين Acne vulgaris, rosacea, non-gonococcal urethritis, chronic bronchitis
Tigecycline Complicated intra-abdominal or skin/soft tissue infections

The tetracycline antibiotics are the third example so far in this section, of naturally occurring molecules from a microbial source that interfere with bacterial protein synthesis. Once again, the first in this series, chlortetracycline (originally named aureomycin), resulted from a programme of screening soil microorganisms for potential new antibiotics. This discovery is attributed to Benjamin M. Duggar, a retired botanist, with expertise across a wide range of plant and microorganism physiology. He retired from Wisconsin University in 1943, when he was 71, but was approached to act as consultant for Lederle Laboratories in New York (part of American Cyanamid Company, now part of Wyeth Pharmaceuticals), who were supporting the war effort by searching for new antibiotic and antimalarial agents (Walker, 1982).

Although he is solely credited with the discovery of chlortetracycline in 1948, Duggar was part of a larger team, under the direction of Yellapragada SubbaRow, which was systematically investigating soil microorganisms for natural products with desirable pharmaceutical activities. Duggar requested some local samples from the soil microbiologist at the University of Missouri, William Albrecht, from which he cultured a golden mould, which produced a yellow pigment that displayed growth inhibitory properties against bacteria, such as streptococci. He identified the mould as a Streptomyces species that had not previously been catalogued to reflect its colour, he named it Streptomyces aureofaciens and the antibiotic it produced aureomycin (Duggar, 1948). Note that the ‘mycin’ part of the name corresponds with its isolation from a Streptomyces species, like the aminoglycoside streptomycin and the macrolide erythromycin, which we have just met.

Aureomycin was quickly released to clinicians and other researchers to obtain evaluative data of its activity and efficacy it gathered support with glowing testimonials of its broad spectrum of activity, including against streptomycin- and penicillin-resistant organisms (Wright and Schreiber, 1949 Cantor, 1950 Kiser et al ., 1952). It was found to be as effective as penicillin and streptomycin and had the significant advantage of being the first antibiotic that was effective when administered orally.

Following the discovery of aureomycin, other tetracyclines were soon discovered:


  • Oxytetracycline (originally called terramycin) in 1949 from Streptomyces rimosus by Pfizer (Finlay et al ., 1950).
  • Tetracycline (marketed originally as achromycin (Darken et al ., 1960)) in 1953 from S. aureofaciens when cultured with a chlorination inhibitor (Goodman and Matrishin, 1968).
  • Demethylchlortetracycline in 1957 from S. aureofaciens (McCormick et al ., 1957 Wilson, 1961). This was the last natural tetracycline to be identified and was originally called declomycin or ledermycin. It is still marketed as the latter (or under its generic name, demeclocycline) by Lederle Laboratories.

The discovery of this new class of antibiotics is not without controversy, though: Pfizer, American Cyanamid, and Bristol-Myers formed a monopoly that maintained artificially high prices for tetracycline over several years before the US Federal Trade Commission halted the violations after a series of high-profile investigations, charges, and appeals heard in the high court (Anon, 1964 US Court of Appeals, 1968).

When it was discovered that the hydrogenation of chlortetracycline resulted in dechlorination and conversion into tetracycline (which was as active as chlortetracycline) (Stephens et al ., 1952 Conover, 1955), the possibility that synthetic modification of tetracyclines might provide alternative agents with antibacterial activity was realised. During the next 15–20 years, many semi-synthetic analogues were prepared, including lymecycline, doxycycline, and minocycline some of these second-generation semi-synthetic tetracyclines were even more potent than chlortetracycline and are still marketed today. Structural modification has continued and has resulted in the discovery of a third-generation tetracycline, t -butylglycylamidominocycline (tigecycline, originally labelled GAR-936) (Petersen et al ., 1999), with more in development and in clinical trials (Sun et al ., 2008 Brötz-Oesterhelt and Sass, 2010).

Structurally, the tetracyclines are based on a four-ring (tetracyclic or octahydronaphthacene) system, hence the name the rings are labelled A, B, C, and D (Figure 4.3.2). One face consists of carbonyl, phenol, alcohol, and enol oxygen atoms, with high polarity and metal ion binding ability, while the other face is substantially less polar. There are a number of substitution patterns commonly found in the antibiotic tetracyclines and significant deviation from these leads to greatly reduced antibacterial activity (Chopra and Roberts, 2001 Zhanel et al ., 2004).

Figure 4.3.2 Requirements for tetracycline antibiotic activity (Chopra and Roberts, 2001 Zhanel et al ., 2004)

Much of the development of new tetracycline antibiotics has been driven by the instability of the first-generation tetracyclines, particularly chlortetracycline, oxytetracycline, and tetracycline, which can lead to degradation during storage and even production of a toxic product. We will look at some of the reactions of tetracyclines and the resultant effects upon bioavailability in Subsection 4.3.3.

Looking back at Figure 4.3.1, you can see that the tetracyclines have a number of chiral centres and functional groups, so you will not be surprised to learn that fermentation methods are considered to be the most cost-effective for their production, and for the production of the base structures for semi-synthetic analogues, such as lymecycline and tigecycline (Khosla and Tang, 2005). As you will see further on in this subsection, there is now an efficient chemical synthetic method for multigram quantities of a key intermediate in tetracycline synthesis, which offers the possibility of analogue synthesis (Brubaker and Myers, 2007). The first patented fermentations of S. aureofaciens were for the production of chlortetracycline (Duggar, 1948 Neidercorn, 1952) and tetracycline (Goodman et al ., 1959) much work since then has focussed on optimising the selectivity for, and the yields of, the desired tetracyclines, especially since some Streptomyces species can produce more than one tetracycline, depending upon the fermentation conditions (Bêhal, 1987, 2000). In early 2011, there were almost 3000 patents relating to the biosynthesis and synthesis of tetracycline and its analogues ( worldwide.espacenet.com ), including some filed in 2010 and 2011 – proof that there is still interest in the production and use of tetracyclines. It should be noted, however, that some of these were for non-antibiotic uses of tetracyclines, briefly mentioned in Subsection 4.3.4.

4.3.2.1 Biosynthesis of Tetracyclines

The biosynthesis of tetracycline antibiotics is related to the bacterial synthesis of fatty acids through the bacterial type II polyketide synthase pathway, consisting of a well-studied set of enzymes (for examples, see Khosla, 2009 Zhang and Tang, 2009), although the synthesis of tetracyclines is unique to certain bacteria (Clardy et al ., 2009). The biosynthetic pathways to tetracycline and oxytetracycline are the most studied (for example, Petkovi et al ., 2006 Pickens and Tang, 2009). The biosynthetic pathway to natural tetracyclines is available from the KEGG database ( www.genome.jp/kegg/pathway/map/map00253.html , last accessed 10 March 2012) in summary, it uses the precursor, malonamyl coenzyme A (CoA), which is obtained from acetyl CoA via malonyl CoA and glutamine (Wang et al ., 1986), and proceeds through two common key intermediates, 6-methylpretetramide and 4-ketoanhydrotetracycline (Scheme 4.3.1 and Table 4.3.2) (Clardy et al ., 2009 Pickens and Tang, 2009).

Scheme 4.3.1 Biosynthetic pathway to tetracycline antibiotics (Clardy et al ., 2009 www.genome.jp/kegg/pathway/map/map00253.html , last accessed 10 March 2012)

Table 4.3.2 Enzymes involved in tetracycline biosynthesis.














































إنزيم وظيفة
OxyA Ketosynthase
OxyB Chain length factor
OxyC Acyl carrier protein
OxyJ Ketoreductase
OxyK أروماتاز
OxyN Cyclase
OxyF C-methyltransferase
OxyE Flavin-dependent monoxygenase
OxyL NADPH-dependent dioxygenase
OxyQ Aminotransferase
OxyT N,N -dimethyltransferase
OxyS Monooxygenase that hydroxylates stereospecifically at C6
Cts4 Halogenase

For clarity, in Scheme 4.3.1 the precursor unit, malonamyl CoA, is coloured pink throughout the consecutive acetyl units added to malonamyl CoA from acetyl CoA are coloured alternately black and red – you can see that the cycle of acetyl addition occurs eight times until the linear nonaketamide is formed. A series of enzymic reactions involving OxyJ, OxyK, and OxyN leads to pretetramide (not shown in Scheme 4.3.1), which is converted into 6-methylpretetramide by OxyF. This series of reactions results in cyclisation of the nonaketamide to the tetracyclic structure of 6-methylpretetramide, followed by methylation at C6, with the new bonds formed in this sequence shown in blue. If you trace the sequentially added acetyl units, you can see how the two-carbon units form the backbone of the structure. Oxidation at C4 (by OxyE), and hydroxylation at C12a by OxyL, provides the second key intermediate, 4-ketoanhydrotetracycline, at which the tetracycline biosynthetic paths diverge. Chlortetracycline results from Cts4 halogenase action at C7 (Dairi et al ., 1995), followed by amination at C4 (OxyQ) and OxyT N , N -dimethylation (the methyl groups are provided by S -adenosyl methionine) OxyS catalyses the stereospecific hydroxylation at C6 , leaving a stereospecific reduction at C5a required to produce chlortetracycline. In the other pathway, amination at C4 , dimethylation , and hydroxylation at C6 provide 5a,11a-dehydrotetracycline, from which oxytetracycline and tetracycline are obtained.

Much detailed research has been directed at elucidating this pathway most was carried out on the enzymes of the oxytetracycline-producing species Streptomyces rimosus , hence the Oxy names, but the enzymes are the same or similar for the other tetracycline-producing species (Zhang et al ., 2007 Petkovi et al ., 2010 Pickens and Tang, 2010).

4.3.2.2 Chemical Synthesis of Tetracyclines

The literature related to the chemical synthesis of tetracyclines resembles a ‘Who’s Who’ of synthetic organic chemistry:


  • R. B. Woodward solved the structure, complete with stereochemistry, in 1952 (this was revised slightly in the 1960s with the help of X-ray crystallography) (Hochstein et al ., 1953 Donohoe et al ., 1963 von Wittenau et al ., 1965).
  • Woodward and Conover (who first synthesised tetracycline by hydrogenation of chlortetracycline) synthesised a biologically active tetracycline, named sancycline (Korst et al ., 1968), albeit in 25 steps and 0.002% overall yield.
  • Shemyakin synthesised a tetracycline natural product, (±)-12a-deoxy-5a,6-anhydrotetracycline (Gurevich et al ., 1967).
  • Muxfeldt identified the major problems with the synthesis of tetracyclines: the complexity of the required stereochemistry and the sensitivity of the tetracycline functional groups to both mild acid and base during initial studies (Muxfeldt and Rogalski, 1965), then later achieved the total synthesis of (±)-5-oxytetracycline in 22 steps and 0.06% (Muxfeldt et al ., 1968, 1979).
  • Stork concentrated on achieving the correct stereochemistry at each centre in the basic tetracycline structure, producing (±)-12a-deoxytetracycline in 16 steps and an impressive 18–25% yield, although this structure has little antimicrobial activity (Stork et al ., 1996).
  • Tatsuta and co-workers exploited the natural stereochemical definition of carbohydrates for their starting materials and achieved the total synthesis of natural (−)-tetracycline from D-glucosamine in 34 steps and 0.002% yield (Tatsuta et al ., 2000 Tatsuka and Hosokawa, 2005), including a solution to the difficult stereospecific hydroxylation of C12a.
  • More recently, Myers and co-workers developed a highly effective synthetic approach to natural tetracyclines, their analogues, and their precursors (Charest et al ., 2005a, 2005b Brubaker and Myers, 2007 Myers et al ., 2007, 2011 Sun et al ., 2008), which takes account of the considerable challenge in achieving the correct stereochemistry, particularly at C12a, and provides versatility for the synthesis of many new analogues for microbiological evaluation (Myers et al ., 2007 Sun et al ., 2008).

A discussion of the chemical strategies for synthesising tetracyclines, the reactions required, and their stereochemical complexities would be a section in itself, so we will restrict ourselves here to consideration of the most recent syntheses, which have enabled multigram quantities of optically pure tetracyclines to be achieved and thus offer potential commercial synthetic routes to these agents. Myers and colleagues recognised that one key intermediate 1 , providing the A and B rings of tetracyclines, allows the synthesis of a wide range of tetracycline antibiotics and their analogues (Scheme 4.3.2).

Scheme 4.3.2 Key intermediates in the synthesis of tetracycline antibiotics (Myers et al ., 2007, 2011)

Initially, they developed a synthesis to this important intermediate from benzoic acid and achieved intermediate 1 in 21% overall yield after 7 steps (Charest et al ., 2005a). Using this route, (−)-tetracycline could be synthesised in 17 steps and 1.1% yield from benzoic acid. Conversion of 1 into 2 and 3 provided routes to tetracyclines with no hydroxyl group at C5 (including an alternative synthesis of tetracycline) and 5-hydroxytetracyclines, respectively. Using this approach, the synthesis of (−)-6-deoxytetracycline was achieved in 14 steps and 7% yield via intermediate 2 , while (−)-doxycycline was isolated in 8.3% yield after 18 steps via intermediate 3 the yields and number of steps relate to the total synthesis from benzoic acid (Charest et al ., 2005a, 2005b Myers et al ., 2007, 2011). Not content with these impressive achievements, Myers and Brubaker re-designed and improved the synthesis of intermediate 2 (Scheme 4.3.3), from which most tetracyclines can be accessed they identified an alternative cheap and readily available commercial starting material, methyl 3-hydroxy-5-isoxazolecarboxylate 4 , along with an improved synthetic strategy to improve stereoselectivity and yields, and obtained intermediate 2 in 9 steps and 21% overall yield from starting material 4 (Brubaker and Myers, 2007).

Scheme 4.3.3 Improved synthesis of key intermediate 2 for large-scale tetracycline synthesis (Brubaker and Myers, 2007)

There are several noteworthy features in this revised synthesis of intermediate 2 (Scheme 4.3.3):


  • First, the introduction of a stereogenic (chiral) centre into structure 5 is carried out in high yield and with a high enantiomeric excess, and this enantiomeric ratio is maintained during the S N 2 replacement of the hydroxyl group (as a mesylate) with a dimethylamino group in the synthesis of 6 .
  • The resulting stereogenic centre at C6 becomes C4 in the tetracycline and already has the correct stereochemistry, which is retained throughout the remainder of the synthesis.
  • Intermediate 7 has a new stereogenic centre bearing a hydroxyl group you may be concerned that the stereochemistry is not defined at this new centre, but this group is oxidised to a carbonyl during the synthetic sequence that results in intermediate 8 , so the mixed stereochemistry does not matter at this stage.

So far, we have not considered how rings C and D can be constructed, yet this is just as important for the tetracycline structure. The synthetic strategy adopted by the Myers group uses intermediate 1 , 2 , or 3 as appropriate to provide rings A and B of the tetracycline with the correct stereochemistry and functionality, then elaborates this basic structure by construction of the C-ring, while adding the D-ring through a generalised Michael–Dieckmann reaction sequence (using a carbanion formed from a variety of D-ring precursors), followed by deprotection of all the functional groups (Scheme 4.3.4) (Charest et al ., 2005a).

Scheme 4.3.4 Elaboration of intermediates 2 and 3 into tetracyclines and their analogues (Charest et al ., 2005a)

One great advantage of this approach is the ease with which varying functionality can be added throughout the structure, particularly substituents at C5 ( X ), C6 ( R ), C7 ( Y ), C9 ( Z ), and even an extra ( E ) ring a great many analogues have been made, and some of these combine strong antibacterial activity with activity against strains resistant to first- and second-generation tetracycline antibiotics (Myers et al ., 2011 Sun et al ., 2011). The synthetic routes to the tetracyclines developed by the Myers group have been sufficiently successful to support a spin-out company, Tetraphase, which has several tetracyclines in early clinical trials. Other groups have also pursued C9-substituted tetracyclines (for example, Koza and Nsiah, 2002 Sum et al ., 2006) the clinical success of tigecycline (see Subsections 4.3.4 and 4.3.5) and the development of amadacycline (which is in clinical trials and is discussed in Subsection 4.3.9) provided the rationale for their evaluation.

The pharmacokinetics and pharmacodynamics of the tetracycline antibiotics were reviewed recently (Agwuh and MacGowan, 2006 Barbour et al ., 2010), but they are not fully understood, with several seemingly contradictory observations. The tetracyclines display time-dependent effects, yet the general concentration-dependent parameters (of exposure time at a concentration above the MIC) provide good clinical results, with a strong post-antibiotic effect. Although generally considered to be bacteriostatic, there is evidence of bactericidal activity with certain tetracycline antibiotics against specific bacteria, when used at an appropriate concentration (Zhanel et al ., 2004 Barbour et al ., 2010).

The instability of the first-generation tetracyclines during storage has already been mentioned we will consider the reactions of tetracyclines more carefully here, as they have an effect upon bioavailability and even upon the safety of the products.

The first-generation tetracyclines, although clinically successful, were found to be unstable to acidic, basic, and neutral pH during storage and in solution, including in the gastrointestinal (GI) tract after administration, decreasing their bioavailability (Walton et al ., 1970 Ali and Strittmatter, 1978 Wu and Fassihi, 2005). Two main reactions occur in the presence of acid: epimerisation at C4, to produce epitetracycline (Hussar et al ., 1968) (Scheme 4.3.5), and dehydration of 6-hydroxytetracyclines across C5a-C6 (with loss of the OH group at C6), to give the anhydrotetracycline derivative, as demonstrated for tetracycline in Scheme 4.3.6.

Scheme 4.3.5 Acid-catalysed epimerisation at C4 of tetracycline

Scheme 4.3.6 Acid-catalysed dehydration of chlortetracycline and improved stability of demethylchlortetracycline (demeclocycline)

The dehydration (shown in the upper part of Scheme 4.3.6 for chlortetracycline) proceeds through an E1 mechanism, involving protonation of the C6-OH and loss of a good leaving group (H 2 O), to produce a stabilised tertiary carbocation at C6 , followed by loss of a proton from C5a to form the alkene group of anhydrotetracycline. The slightly improved acid stability of demeclocycline and slower dehydration is due to fact that the secondary carbocation that has to be formed at C6 is less stable, and this process thus has a greater activation energy. In this latter case, reversible protonation of the C6-OH favours demeclocycline, instead of proceeding to the carbocation (Scheme 4.3.6).

Epimerisation at C4 of the anhydrotetracycline derivatives can also occur, producing the corresponding epianhydrotetracycline derivative (Sokoloski et al ., 1977). Some of the products formed by acid- or base-catalysed degradation are themselves active as antibiotics, while others, for example anhydrotetracycline and epianhydrotetracycline, are toxic (Mull, 1966 Kunin, 1967). The adverse effects (which can manifest as Fanconi syndrome see Subsection 4.3.7) of using tetracyclines that have degraded during storage were observed soon after these agents had been adopted into regular use, but it was several more years before reliable analytical methods for their analysis and quality control were developed (Frimpter et al ., 1963 Gross, 1963 Butterfield et al ., 1973). We will discuss the adverse effects of tetracyclines in Subsection 4.3.7 our main concern here is that the bioavailability of some tetracyclines (particularly the first-generation members) can be reduced by their degradation during storage, particularly in solution (Wu and Fassihi, 2005), or as a result of GI-induced reactions (Okeke and Lamikanra, 1995 Dos Santos et al ., 1998). The second-generation tetracyclines, doxycycline and minocycline, and the third-generation, tigecycline, are more stable to acidic pH, as they do not have a C6-OH substituent to be protonated and eliminated as water.

Lymecycline is a prodrug form of tetracycline that is hydrolysed at acidic and neutral pH in vivo to tetracycline, formaldehyde (methanal), and the amino acid lysine after oral and parenteral administration (Scheme 4.3.7). Interestingly, it has lower oral bioavailability than the parent compound, tetracycline (Sjölin-Forsberg and Hermansson, 1984).

Scheme 4.3.7 In vivo hydrolysis of lymecycline to form tetracycline

The balance of lipophilicity to hydrophilicity in tetracyclines is affected by pH (Chen and Lin, 1998) such a property is usually a clue that there are functional groups in the molecule under investigation which are ionisable at physiological pH values. Each tetracycline has at least one readily ionisable amine group (at C4) and two enol groups (at C3 and C12) that are also relatively easily ionised. First- and second-generation tetracyclines have three pK a values in the physiological pH range (generally around 3.2, 7.6, and 9.6) – the two enol groups, at C3 and C12 , are the most acidic (and so have the lower pK a values). The pK a of the phenol group at C10 (

12) means that it is not ionised at physiological pH values. The acid–base equilibria for tetracycline, which are typical of the tetracycline antibiotics, are demonstrated in Scheme 4.3.8 (Jin et al ., 2007).

Scheme 4.3.8 Acid–base equilibria for tetracycline (Jin et al ., 2007)

The fully protonated form of the tetracyclines (with an overall charge of +1) is likely to predominate in the acidic medium of the stomach, minimising absorption from this compartment (as neutral species are absorbed best). It is not surprising to find that tetracycline antibiotics are absorbed chiefly from the duodenum, where the pH is around 6–6.5 and the overall neutral form of the tetracycline predominates (Colaizzi and Klink, 1969). By modifying the pH, greater aqueous solubility of the tetracycline antibiotics can be achieved, making them suitable for parenteral administration, and oxytetracycline, lymecycline, doxycycline, and minocycline have been formulated in this way (Chopra and Roberts, 2001).

The third-generation antibiotic tigecycline has limited oral bioavailability and is administered by IV infusion, due to its greater hydrophilicity and reduced lipophilicity as a result of its extra ionisable groups (Meagher et al ., 2005). Tigecycline has two extra ionisable groups (Figure 4.3.3):

Figure 4.3.3 Tigecycline pKa values (Tygacil_BioPharmr)


  • The t -butylamine on the side chain at C9 (a secondary aliphatic amine, so expected to be basic, with a pK a (of the conjugate acid, R 3 NH + ) of 8.5–10).
  • The dimethylamino group at C7 (an aromatic amine, so expected to be a weak base, due to resonance of the nitrogen lone pair with the π-system of the aromatic ring, with a pK a of 3.5–5).

Besides being affected by pH, the absorption of the first-generation tetracyclines in particular, and some of the second-generation analogues, is adversely affected by their concurrent administration with food (Schimdt and Dalhoff, 2002 Agwuh and MacGowan, 2006), dairy products, and other metal-ion-containing preparations (such as antacid treatments), although there is some evidence that the absorption of lymecycline is less affected by milk (Ericson and Gnarpe, 1979). Tetracycline has a logP value of 0.09 and a bioavailability of around 75%, which is reduced by about 50% when co-administered with food (Miller et al ., 1977 Zhanel et al ., 2004). By comparison, doxycycline and minocycline have a greater bioavailability (90–100%) (Zhanel et al ., 2004), their absorption is not affected by food, and they are well absorbed after oral administration. The greater lipophilicity of these agents (logP values of 0.95 and 1.12, respectively) (Colaizzi and Klink, 1969) undoubtedly make a major contribution to these properties. Although minocycline offers improved oral bioavailability over the majority of other tetracyclines, the risk of side effects when used for a protracted period and of the development of resistance has limited it largely to the treatment of acne vulgaris. A recent review suggests that it may offer potential for the systemic treatment of community-associated MRSA and of the significant nosocomial threat of Acinetobacter baumanii (Bishburg and Bishburg, 2009).

Tetracyclines are known to bind strongly to a range of metal ions, with the strongest and most significant binding, in terms of bioavailability, mode of action, mechanisms of resistance, and adverse events, being to magnesium, calcium, iron, and copper (Agwuh and MacGowan, 2006). Chelation of tetracyclines to metal ions in the GI tract adversely affects the absorption of both the tetracycline and the metal ion through the precipitation of insoluble metal-tetracycline complexes (Agwuh and MacGowan, 2006), which provides a scientific rationale for avoiding the administration of tetracyclines alongside metal ion preparations and dairy products. The ability of tetracyclines to coordinate metal ions means that these antibiotics should not be administered to children, due to their ability to sequester calcium and other metal ions at a crucial time in bone and teeth development. In the USA and Australia, children under the age of eight are contraindicated, while in the UK tetracyclines should not be given to children under the age of 12. European guidelines on the third-generation tetracycline tigecycline recommend that it is not used for children and adolescents under the age of 18 years, due to lack of data on its safety and efficacy in these patient groups. The reason for the strong metal ion binding can be seen by considering the tetracycline structure – the lower face of the molecule (as can be seen in Scheme 4.3.9) has several oxygen atoms and so is ideal for binding to a metal ion the C12 (as the enolate) and C11 oxygen atoms are accepted to be the major binding site (Jin et al ., 2007 Palm et al ., 2008).

Scheme 4.3.9 Tetracycline-magnesium ion chelation (Jin et al ., 2007 Palm et al ., 2008)

We will return to tetracycline-magnesium complexes again later in this section, when we consider the uptake of tetracyclines into bacterial cells and also when we look at the mode of action (Subsection 4.3.4) and mechanisms of resistance (Subsection 4.3.5).

In general, the tetracycline antibiotics are not metabolised, except for tetracycline, of which about 5% is metabolised, and tigecycline, of which 5–20% is metabolised (Meagher et al ., 2005) they are excreted by both the urinary (<50%) and the faecal (>40%) routes (Agwuh and MacGowan, 2006). The urinary excretion of tetracyclines has been found to be affected by pH as expected, it is significantly increased at pH values above 8, at which values greater ionisation and hydrophilicity are also to be expected (Jaffe et al ., 1973).

The tetracyclines exhibit a high volume of distribution and generally good tissue penetration alongside their long half-lives and significant post-antibiotic effect, most can be administered once or twice daily (Table 4.3.3).

Table 4.3.3 Pharmacokinetic parameters for selected tetracycline antibiotics (Zhanel et al ., 2004 Agwuh and MacGowan, 2006 Hoffmann et al ., 2007 Barbour et al ., 2010).

We discussed above how metal ion binding adversely affects the absorption of tetracyclines from the GI tract, but it is an important and crucial part of the uptake of tetracyclines into bacterial cells. The chelation to a magnesium ion forms a tetracycline-magnesium cationic complex (with an overall charge of +1), which is transported through the outer membrane into the periplasm by porins, such as the well-characterised OmpF and OmpC examples from Gram negative bacteria (Nikaido, 1994, 2003). You will remember from Section 1.1.2 that porins are protein pores which transport a range of molecules through the outer membrane into the periplasm they are known to be responsible for the transport of other antibacterial agents, such as quinolones and β-lactams, besides tetracyclines (Jaffe et al ., 1982 Mortimer and Piddock, 1993). The mechanism for porin-mediated transport relies upon the Donnan potential 14 across the outer membrane and leads to accumulation of the tetracycline-magnesium cationic complex in the periplasm (Zhanel et al ., 2004). It is probable that the tetracycline-magnesium complex dissociates in the periplasm, perhaps due to the lower pH in this compartment, which is sufficiently acidic to drive the reprotonation of the enol oxygen at C12. The released zwitterionic tetracycline (overall neutral charge) is in equilibrium with a small proportion of the uncharged form, which is weakly lipophilic and able to diffuse through the cytoplasmic (inner) membrane in an energy-requiring process (Scheme 4.3.10) (Nikaido and Thanassi, 1993). Tetracyclines are presumed to adopt a similar uncharged tetracycline diffusion entry route through the simpler cell membrane of Gram positive bacteria.

Scheme 4.3.10 A tetracycline-magnesium complex dissociates to the zwitterion in the periplasm and equilibrates with the neutral form, which enters bacterial cells by passive diffusion (Nikaido and Thanassi, 1993)

You may be wondering why the diffusion of the neutral tetracycline across the bacterial cytoplasmic membrane is energy-requiring. Live bacteria have a difference in pH between the cytoplasm and periplasm of about 1.7 pH units (Nikaido and Thanassi, 1993), so that, after the neutral tetracycline passes through the cytoplasmic membrane, it becomes trapped at the higher pH of the cytoplasm, releasing a proton to form a greater proportion of tetracycline in a more hydrophilic form (overall molecular charge of −1) (Scheme 4.3.11). To maintain the pH of the cell, and the difference with the external pH, the bacteria must continue to transport protons out of the cytoplasm, which is an energy-dependent process (Nikaido and Thanassi, 1993), so it is not actually the diffusion of tetracycline into the cell that is energy-requiring, but the maintenance of pH that is required as a result.

Scheme 4.3.11 In the cytoplasm, the hydrophilic form of the tetracyclines predominates and reforms the tetracycline-magnesium complex (Nikaido and Thanassi, 1993)


The Effect of Kanamycin and Tetracycline on Growth and Photosynthetic Activity of Two Chlorophyte Algae

Antibiotics are routinely used in microalgae culture screening, stock culture maintenance, and genetic transformation. By studying the effect of antibiotics on microalgae growth, we can estimate the least value to inhibit growth of undesired pathogens in algal culture. We studied the effect of kanamycin and tetracycline on the growth and photosynthetic activity of two chlorophyte microalgae, Dictyosphaerium pulchellum و Micractinium pusillum. We measured CFU mL −1 on agar plates, optical density, fluorescence yields, and photosynthetic inhibition. Our results showed a significant effect of كان و tet on the tested microalgae species except tet, which showed a minor effect on M. pusillum. Both antibiotics are believed to interact with the protein synthesis machinery hence, the inhibitory effect of the tested antibiotics was further confirmed by isolation and quantification of the whole cell protein. A significant reduction in protein quantity was observed at concentrations more than 5 mg L −1 , except M. pusillum, which showed only a slight reduction in protein quantity even at the maximum tested concentration of tet (30 mg L −1 ). This study can further aid in aquaculture industry, for the maintenance of the microalgae stock cultures and it can also help the microalgae genetic engineers in the construction of molecular markers.

1 المقدمة

Microalgae are gaining importance in medical, pharmaceutical, and food industry. With the increasing applications of microalgae, it is mandatory to investigate growth conditions and potential growth inhibitors. Herbicides, antibiotics, and heavy metals are toxic to microalgae even at low concentrations [1–6]. Studying the survival and adoption of microalgae in the contaminated environment is not an insignificant question and to a certain extent, the microalgae could survive in contaminated environments [7–10].

In the past decade antibiotics use and resistance have been the focus of the world leading organizations, including the Center of Disease Control (CDC) and the World Health Organization (WHO). Alexander Fleming and Howard Walter Florey warned the world first time about the antibiotic resistance while receiving 1945 Nobel Prize for the discovery of penicillin [11]. Antibiotic resistance has been a productive research topic for scientists in the medical field [12]. Anthropogenic activities including use of antibiotics in agriculture, aquaculture, and waste disposal have been linked with the antibiotic resistance [13–15].

Aminoglycosides are the commonly used broad-spectrum antibiotics, that is, streptomycin, kanamycin, and amikacin. Aminoglycosides are characterized as multifunctional hydrophilic carbohydrates with several amino and hydroxyl activities having higher affinities to the prokaryotic rRNA [16, 17]. Suzuki et al. studied the effect of kanamycin on bacterial protein inhibition [18]. Kestell et al. reported the effect of kanamycin and streptomycin on the macromolecular composition of الإشريكية القولونية strains [19]. The inhibitory effect of streptomycin had been reported to microalgae species at a concentration of 0.5 to 150 mg L −1 [20–22]. Galloway reported a halotolerant algae Amphora coffeaeformis resistance to streptomycin [23]. Kvíderová and Henley reported the effect of ampicillin and streptomycin on the growth and photosynthetic activity of halotolerant chlorophyte algae species [24]. However, a limited or no literature is available on the structural studies of aminoglycosides interaction with RNA sequences.

Kanamycin is a broad-spectrum aminoglycoside antibiotic, isolated from bacterium Streptomyces kanamyceticus [25]. It is considered an important medication needed in a basic health system and it has been listed in the WHO’s list of Essential Medicines [26]. Kanamycin interacts with the 30S ribosomal subunit resulting in a significant amount of mistranslation and prevents translocation during protein synthesis [27, 28], whereas tetracyclines bind to the 16S part of the 30S ribosomal subunit and prevent amino-acyl tRNA to attach at A-site of mRNA-ribosome complex, ultimately inhibiting protein synthesis as well as cell growth [29–31].

Kanamycin resistance (Kan ص ) is mainly due to the cytoplasmic aminoglycoside phosphotransferase that inactivates kanamycin by covalent phosphorylation. On the other hand, tetracyclines are a group of broad-spectrum antibiotics, but their general application has been shortened because of the inception of antibiotic resistance [32–34]. Cells can become resistant to tetracyclines by one of the three mechanisms: enzymatic inactivation of tetracycline, efflux, and ribosomal protection [35].

Antibiotics tolerance of prokaryotic microorganisms has been described by leading scientists, but there are just a few reports available on the antibiotic tolerance study of eukaryotic microalgae [20, 22, 23, 36]. No doubt, antibiotics are normally considered effective against prokaryotic microorganisms, but they are extensively used in microalgae culture screening [37, 38], in aquaculture, and for screening of genetic transformants [39] hence, there is a need to check the effects of the antibiotics against eukaryotic microalgae.

This work was planned to determine the activity of two important antibiotics, kanamycin sulfate and tetracycline hydrochloride, against the freshwater eukaryotic microalgae species, Dictyosphaerium pulchellum و Micractinium pusillum. Colony forming units, optical density, fluorescence yields, and photosynthetic inhibitions were measured. The antibiotics used in this study are believed to interact with the protein synthesis machinery hence, the whole cell protein was also extracted and quantified.

2. Material and Methods

2.1. Microalgae Cultivation and Treatment

The eukaryotic freshwater microalgae species, Dictyosphaerium pulchellum و Micractinium pusillum, used in this study were obtained from the Korea Marine Microalgae Culture Center (KMMCC), Busan, South Korea. Stock cultures were stored on the modified AF6 agar slants [40]. The cultures were streak plated and purified by subculturing by at least 5-6 times before use. Both microalgae species were cultivated in 250 mL flasks with 150 mL, modified AF6 medium while incubating at

ميكرومترmol photons m −2 s −1 and 50% humidity. Antibiotics, kanamycin sulfate (Amresco), and tetracycline hydrochloride (Bio101) with different concentrations ranging from 0 to 30 mg L −1 were used. Growth rates were calculated by measuring the absorbance at 750 nm (OD750) on every alternating day [41]. Additionally, all the experiments were repeated three times.

2.2. Screening Tests

The spread plate method according to Markham and Hagmeier [42], with slight modifications, was used to obtain colonies of the tested microalgae on agar plates. 200 ميكرومترL of the cultured microalgae with approximately adjusted initial cell density (1 × 10 4 cells mL −1 ) was spread plated on AF6-agar plates supplemented with different concentrations of كان و tet ranging from 0 to 30 mg L −1 . Plates were incubated under constant light intensities and the growth was observed for three weeks.

2.3 Modulated Fluorescence and Photosynthetic Inhibition Measurement

Fluorescence yields of algae samples treated with different concentrations of كان و tet were measured by toxy-PAM dual channel yield analyzer (Heinz Walz GmbH, Effeltrich, Germany). The toxicity test is based on extremely sensitive measurement of the effective quantum yield (ص), of photosystem II (PSII), via assessment of chlorophyll fluorescence yield by following the saturation pulse method [43, 44]. Fluorescence of the dark adopted algal samples (

) is measured by using modulated light of low intensity to avoid the reduction of the PSII primary electron acceptor (

) [43]. In order to induce an equilibrium state for the photosynthetic electron transport, prior to measurement of fluorescence, algal cells were adapted to darkness for 20 min.

In the toxy-PAM blue light is used for excitation and fluorescence is assessed at a wavelength above 650 nm. The ( ) fluorescence level corresponds to the fluorescence measured shortly before the application of a saturation pulse. Maximum fluorescence level (

) corresponds to the maximal fluorescence measured during a saturation pulse. The effective PSII overall quantum yield of the photochemical energy conversion was calculated by the formula given by Genty et al. [44].