البيولوجيا وعلوم الحياة

آلية عمل “المضادات الحيوية” للقضاء على البكتيريا المهاجمة للخلايا

2013 آلات الحياة

د.ديفيد س. جودسل

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

المضادات الحيوية آلية عمل المضادات الحيوية البكتيريا الخلايا البيولوجيا وعلوم الحياة

إننا محظوظون بمعيشتنا في عصـر نجد فيه المساعدة عندما نواجه بالبكتيريا وسمومها المميتة.

فخلال عقود من البحث الطبي، تمكنا من الكشف عن معلومات أكثر وأكثر عن البكتيريا وجزيئاتها، وكذلك اكتشفنا ما بها من مواطن ضعف يمكن استغلالها لتكوين مضادات حيوية قاتلة للبكتيريا، فلدينا اليوم ترسانة من المضادات الحيوية لمحاربة الإصابة التي تسببها البكتيريا المرضية. 

إن المضادات الحيوية المنقذة للحياة والسموم القاتلة هما وجهان لعملة واحدة. فالسموم تهاجم وتدمر آلة جزيئية أساسية، بحيث تعيق إحدى العمليات الحيوية وتقتل الخلية.

 

وعلى الجانب الآخر، فإن المضادات الحيوية هي سموم انتقائية، مصممة للمهاجمة بطرق معينة.

وبالطبع فإن السيانيد سوف يكون عديم النفع كمضاد حيوي، حيث أنه سيقتل كلا من الكائن المسبب للمرض والمريض. وبدلاً من ذلك ، فإنه لا بد من تصميم مضادات حيوية لكي تتلف الميكروب المسبب للإصابة بدون أن تعمل في نفس الوقت على تسممك.

وقد يبدو الأمر غريباً بالنسبة لنا الآن إذا علمنا أنه لم يتم إدراك أن البكتيريا والفيروسات يمكنها أن تسبب المرض – بحيث إن أيدي الطبيب غير المغسولتين يسببان العدوى للمريض – إلا في القرون الماضي. ولكن بمجرد اكتشاف الميكروبات المجهرية، فإن البحث قد بدأ عن مركبات لتسميمها.

 

ولقد كان أول أسلوب متبع في ذلك، وما زال يستخدم حتى الآن، هو إستخدم المطهرات وهي سموم معتدلة تقتل الميكروبات بغمرها تماماً بها.

ونظراً لأن المطهر يلامس جلدنا فقط، فإن عدداً قليلاً من خلايا الجسم السطحية وليس كامل الجسم هو الذي يموت.

وتعتبر المحاليل المحتوية على الكلورين، أو البرومين، أو اليودين، أو الزئبق (مثل مركبات المرثيولات «Merthiolate») بمنزلة مطهرات فعالة وغالباً ما يتم استخدامها لحماية الجروح الصغيرة من العدوى.

 

وتقوم هذه الذرات النشطة بمهاجمة وإيقاف فاعلية مركبات الكبريت في إنزيمات البكتيريا. ويتم استخدام الكحول أيضاً على نطاق واسع كمطهر.

حيث تفقد برويتينات البكتيريا شكلها الكروي وبالتالي فاعليتها عندما تنغمر بالكحول المركز.

لقد كانت المرحلة التالية من التقدم العظيم في الكيمياء الحيوية الطبية هي اكتشاف المضادات الحيوية التي يمكنها أن تهاجم بطريقة تخصصية الآلات الجزيئية في البكتيريا المرضية.

 

وكان اكتشاف السلفانيل أميد (Sulfanilamide) هو أول نجاح في هذا الإطار. فنظراً لأنه يهاجم إنزيما بكتيريا مفتاحيا واحدا يستخدم لعمل النيوكليوتيدات، فإنه من الممكن تناوله ليدخل الجسم ويقتل البكتيريا بأقل خطورة ممكنة على المريض.

وعقب ذلك، تم اكتشاف مضادات حيوية أخرى وذلك من خلال دراسة الطرق الطبيعية التي تستخدمها الكائنات الأخرى لحماية نفسها من البكتيريا، مثال ذلك البنسلين وهو أكثر المضادات الحيوية شيوعاً يقوم بإفرازه الفطريات للحد من نمو البكتيريا المحيطة بها.

ويقوم البنسلين بإيقاف عمل الإنزيم الذي يبني طبقة الببتيدوجلايكن (Peptidoglycan) القوية والتي تدعم الجدار الخلوي للبكتيريا (شكل 8.9).

 

شكل 8.9 البنسلين: يعد البنسلين مثل المصيدة المعتمدة على طاقة زنبرك والتي تقوم بتدمير د-ألانيل د-ألانين كاربوكسيببتيديز/ترانسببتيديز (D-alanyl-D-alanine Carbo-xypeptidase/Transpeptidase)، وهو الإنزيم الذي يقوم ببناء تركيب الببتيدوجلايكان في الخلايا البكتيرية. 

وتقوم حلقة غير ثابتة كيميائياً مكونة من أربع ذرات في البنسلين بمهاجمة الحمض الأميني سيرين في البروتين مما يسبب لصق العقار في الموقع النشط وإيقاف عمله.

ولكن البكتيريا تدافع عن نفسها بإنتاج بروتينات مثل بيتا-لاكتاميز (Lactamase-(β، الذي يقوم بتدمير البنسلين قبل أن تتاح له الفرصة للقيام بعمله (قوة التكبير للجزيئات بأعلى: 20 مليون مرة، وبأسفل: 5 ملايين مرة).

 

وعند إعاقة عمل هذا الإنزيم، فإن الخلية تصاب بالوهن ويكون من السهل تدميرها بواسطة الجهاز المناعي. ونظراً لأننا لا نبني الببتيدوجلايكن في خلايانا، فإن هذا العقار يكون آمناً تاماً حيث إنه يهاجم البكتيريا فقط.

إن أفضل الأهداف لعمل المضادات الحيوية هو العمليات الفريدة التي تحدث في الكائنات الممرضة. و لقد تم ال توصل إلى الكثير من الأمثلة على ذلك.. 

وهناك أمثلة أخرى كثيرة مازالت الآن تحت الدراسة بواسطة باحثي العلوم الطبية. يهاجم المضادان الحيويان الكلورأمفينوكول (Chloramphenicol) والاستر-بتوميسين (Streptomycin) الريبوسومات البكتيرية، وهي أصغر في الحجم وتختلف في التركيب عن ريبوسوماتنا. 

 

كما أن الريفامبسين (Rifampicin) يهاجم «إنزيم بلمرة الـ "رنا"» RNA Polymerase في البكتيريا المسببة للسل الرئوي، ويتداخل الكوينن (Quinine) مع عملية التخلص من الفضلات في طفيليات البلاسمودي  (Plasmodium)، التي تسبب الملاريا وتقوم بالتغذية على الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء مع إنتاج مستويات سامة من الهيم غير المهضوم.

ولقد قام الباحثون في العلوم الطبيعية بجهد وافر خلال السنوات الأخيرة للتوصل إلى عقاقير يمكنها مهاجمة الإنزيمات المميزة لفيروس الايدز (HIV.

 ولدينا الآن دزينات من العقاقير التي تستطيع مهاجمة خطوات عديدة في دورة حياة الفيروس، ويتضمن ذلك مهاجمة إنزيم «النسخ العكسي»،و«الإنزيم المحلل للبروتين الخاص بفيروس الايدز»، وإنزيم «الربط»(وذلك كما تم توضيحه في الفصل الثامن).

 

ولسوء الحظ، فإن عملية التطور سريعة للغاية في البكتيريا والفيروس وذلك لأنهما يتكاثران بسرعه عالية. ولقد تطورت العديد من سلالات البكتيريا واصبحت مقاومةً للمضادات الحيوية وذلك على مر العقود حيث تظهر مقاومة البكتيريا وفيروس  HIV  للمضادات الحيوية خلال أسابيع من المعالجة غير المخطط لها بعناية.

ولقد أدى هذا إلى ظهور لعبة «شد الحبل» في الطب الحديث، وذلك ما بين الباحثين الذين يقومون بتطوير عقاقير جديدة والبكتيريا والفيروسات التي تقوم بتطوير طرق جديدة لحماية نفسها من هذة العقاقير.

تكتسب البكتيريا مقاومتها للمضادت الحيوية بصناعة إنزيم لديه القدرة على تدمير المضاد الحيوي. على سبيل المثال، بعض البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية تقوم بصناعة إنزيم لتقطيع البنسلين وهو صورة معدلة من أحد الإنزيمات  الهاضمة الطبيعية (شكل8.9).

 

ويقوم هذا الإنزيم بالعثور على البنسلين ثم يقوم  بتكسير الروابط الرئيسية القبلة للتفاعل به، مما يفقدة فائدته كعقار.

وتوجد التعليمات الوراثية الخاصة بعمل مثل هذه الإنزيمات للمضادات الحيوية في صورة شفرة محمولة على حلقات صغيرة من ال"دنا" DNA يمكنها أن تتنقل من خلية بكتيرية لأخرى، مما يؤدى إلى انتشار المقاومة للمضادات الحيوية في المجتمع البكتيري.

يصبح فيروس الأيدز(HIV) مقاوماً للمضادات الحيوية من خلال طرق مختلفة. فبدلاً من مهاجمة المضاد الحيوي، فإن السلالات المقاومة من HIV قامت بإحداث تغير طفيف في الإنزيمات المستهدفة بواسطة المضاد الحيوي (شكل 9.9).

 

شكل 9.9 مقاومة العقاقير في فيروس الأيدز (HIV): لكي تكون العقاقير فعالة في مواجهة فيروس HIV، فلا بد لها من أن ترتبط بإحكام بإنزيمات الفيروس وإيقاف عملها.شويصبح الإنزيم المحلل للبروتين الخاص بفيروس HIV مقاوماً للعقاقير بحدوث طفرات في أحماض أمينية هامة في الموقع النشط من الإنزيم. ونجد في هذه الصورة العقار ريتونافر (Ritonavir) مبيناً باللون الأخضـر، بينما الأحماض الأمينية عند الموقع 82 في سلاسل البروتين مبين باللون الأرجواني.

وفي الإنزيم الطبيعي فإن الحمض الأميني فالين (Valine) يقوم بتكوين ارتباط وثيق بالعقار، مثبتاً الارتباط بها. وعند حدوث طفرة في الإنزيم فإن هذا الحمض الأميني يتم تغييره إلى حمض أميني أصغر وهو ألانين (Alanine)، مما يضعف الارتباط بالعقار بدرجة تكفي لجعله غير فعال (قوة التكبير: 20 مليون مرة).

 

حيث تحدث طفرة في إنزيم «النسخ العكسـي» أو «الإنزيم المحلل للبروتين» واللذين يتم مهاجمتهما عادةً بواسطة المضاد الحيوي وبذلك لا يستطيع المضاد الحيوي الارتباط بها.

ولفيروس HIV القدرة على التطفر بمعدل سريع جداً ويمكنه أن يتجنب تأثير مضاد حيوي واحد، ويصبح مقاوماً له فى خلال بضعة أسابيع من بدء العلاج بهاذا المضاد.

 

ولذلك فإن المهارة في طرق العلاج الحالية للإصابة بفيروس HIV هي أن يتم إعطاء الأشخاص المصابين خليطاً من العديد من المضادات الحيوية في وقت واحد.

وتقوم هذه المضادات الحيوية المختلفة بمهاجمة أهداف مختلفة تماماً في الفيروس، وبالتالي فإنه يستحيل على مجتمع فيروسات HIV أن يقوم بإحداث طفرات في العديد من آلاته الجزيئية في نفس الوقت وذلك حتى يتمكن من تجنب تأثير كل هذه المضادات الحيوية.

مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪التلوث بالرصاص يتعقب صعود ملوك العصور الوسطى وسقوطهم
قلم:   آن غيبونز
ترجمة:   صفاء كنج
تقع قرية كاسلتون Castleton الخلابة في مقاطعة بيك Peak District  بإنجلترا، عند سفح نتوء من الحجر الجيري تتوجُّه قلعة تعود إلى القرون الوسطى. وفي الوقت الحاضر يتوافد المتنزهون للاستمتاع بالجمال الطبيعي الأخّاذ للمنطقة، محل أول حديقة وطنية في المملكة المتحدة. ولكن قبل 800 عام غطت أراضي المستنقعات البرية والوديان التي تنمو فيها الأشجار طبقة من الرصاص السام الملوث Toxic Lead pollution، كما يقول عالم الآثار ... (قراءة المقال)
‫‪256 أيهما أهم الشهادة أم المهارة
لقات صوتية قيمة متخصصة في المهارات الإدارية وتطوير الموظفين والمدراء، كل أحد بإذن الله سلطان وجاسم يقدمان بودكاست جديد وأدوات تساعد الموظفين وخصوصا المدراء على النجاح في العمل
Management in a Nutshell بودكاست ما قل ودل في إدارة الأعمال , برعاية التقدم العلمي للنشر ASPDKW@ - إحدى شركات مؤسسة الكويت للتقدم العلمي
إشترك بالمجلة الأكثر شيوعا في عالم الأعمال MIT-Sloan Management Review مترجمة للغة العربية
رابط ... (قراءة المقال)
‫‪كيف يعمل العلم
كيف يمكن ان نتعرف على الحقائق في هذا الكون ؟ .. هذا السؤال عميق جدا .. و للإجابة عليه اضطرت البشرية ان تستعين بادوات كثيرة على مر تاريخها لمحاولة الوصول الى الأسئلة الجوهرية التي يحتاج الانسان الى إجابات لها .. بمعنى اخر التي تمثل الحقيقة و الواقع الذي يعيش فيه .. وكانت الفلسفة والأديان من اهم الأدوات ان صح التعبير التي استخدمت للوصول و تحقيق هذه الغاية .. و نشأة من بعدها مدارس و مناهج مختلفة كلها تبحث عن نفس الهدف .. الحقيقة.. فتحدث فيها ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪الكون: من 13 بليون سنة خلت إلى المستقبل اللانهائي
المؤلف: ديفيد م هارلاند David M Harland ■ الناشر: هاينز Haynes ■ السعر: 22.99 جنيه إسترليني/29.95 دولار ■ تاريخ الإصدار: صدر حديثاً
من المرجح أنك تعلم الآن ما يمكن توقعه من أحد أدلة هاينز، وهو ما ستجده هنا في هذا الإصدار الأخير، الذي يسعى طامحاً إلى رسم مخطط لتاريخ كل شيء موجود. وقد حصل على العلامة الكاملة للطموح بالفعل. بداية من التفكير في طبيعة الكون والقواعد التي تحكمه من أمثال إسحق نيوتن Isaac Newton وإدموند هالي Edmund Halley ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪العمالقة: أهم المآثر الهندسية المذهلة عبر العالم
المؤلفان: كولين هاينسون، جوليا لومباردو Colin Hynson, Giulia Lombardo ■ الناشر: تيمبلار Templar ■ السعر: 16.99 جنيه إسترليني نحو 20 دولاراً ■ تاريخ الإصدار: صدر حديثاً
سواء كان تمثالا أم نفقا أم ناطحة سحاب أم سككا حديدية أم نصباً تذكاريّاً، يعج الكتاب بأمثلة على براعة البشر في مجال البناء، لكنه ليس مجرد كتاب مصور. كتب مؤلف كتب الأطفال الشهير كولين هاينسون شروحاً مفيدة لأعمال جوليا لومباردو الفنية الفخمة، حيث يطرح كثيراً مما يستحق ... (قراءة المقال)