ANTBYOTKLER 25 10 2020 1 Mikrobiyal Biyoteknoloji ARA

ANTİBİYOTİKLER 25. 10. 2020 1

Mikrobiyal Biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKTOOTGANİZMALAR Gen Aktarımı ile Terapötik Proteinler Mikroorganizmalara karşı mikroorganizmalar Antibiyotikler diğer mikroorganizmalara karşı kullanılan antimikrobiyal ilaçlardır Bir antibiyotik; bir mikroorganizma tarafından çok küçük miktarlarda üretilen bir madde olup diğer mikroorganizmaları öldürür ya da üremesini engeller.

İlk keşfedilen antibiyotik ◦ 1928 de penisilinin keşfi (Alexander Fleming) ◦ Diğer bakterilerin üremesini engellerler.

Antimikrobiyal ajanlar spektrum bakımından değişkendirler GENİŞ SPEKTRUM DAR SPEKTRUM tetrasiklin, streptomisin, sefalosporinler, ampisilin, sulfonamidler penicillin G, eritromisin, klindamisin, gentamisin Hem gram + hem de gram – bakterilere karşı etkin olan ilaçlar Sadece gram + ya da sadece gram – bakterilere veya sadece birkaç türe karşı etkin ilaçlar Dar spektum tercih edilir vücudun normal florasına en az zarar verirler ve fırsatçı mikroorganizmaların süperenfeksiyonunu engellerler Diğer tehlikeler: ilaç toksisitesi, alerjik reaksiyonlar, dirençli mikroorganizmaların seçimi

Mikrobiyal biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Gen Aktarımı ile Terapötik Proteinler Mikroorganizmalara karşı mikroorganizmalar Geleneksel genetik yada rekombinant DNA teknolojilerinin kullanımıyla, mikroorganizmalar antibiyotik ve diğer antimikrobiyal ajanların verimini ve etkisini güçlendirmek amacıyla modifiye edilebilirler. Hem doğal hem de kimyasal olarak kuvvetlendirilmiş mikrobiyal ürünler insan, hayvan ve bitki hastalıklarını kontrolde kullanılabilir.

Mikrobiyal biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Gen Aktarımı ile Terapötik Proteinler Mikroorganizmalara karşı mikroorganizmalar Yeni araştırma yönetimleri hipertansiyon, koroner kalp hastalıkları, kanser ve inflamasyonun tedavisinde faydalı farmakolojik aktiviteli mikrobiyal metabolitleri keşfetmeyi amaçlamaktadır.

Orjinlerine göre 2 antimikrobiyal kematerapötik ajan sınıfı vardır: • 1. Antibiyotikler: • diğer mikroorganizmaları inhibe eden ya da öldüren bir mikroorganizmaya ait metabolik ürünler olarak üretilen maddelerdir • 2. Antimikrobiyal kematerapötik kimyasallar: • mikroorganizmalar üzerinde tedavi amaçlı kullanılabilen laboratuvarda sentezlenen kimyasallardır. • Bugün sınıflar arasında kesin ayırım yapmak zordur, çünkü çoğu antibiyotik laboratuvarda ciddi oranda modifiye edilmektedir (semi sentetik) hatta mikroorganizmaların yardımı olmaksızın sentezlenmektedir.

Majör antimikrobiyal ajanların etki mekanizmaları

Yaygın kullanılan antimikrobiyal kematerapötik ajanlar etki mekanizmalarına göre farkı gruplara ayrılırlar • Peptidoglikan sentezini engelleyen antimikrobiyal ajanlar • Sitoplazmik zarı değiştiren antimikrobiyal ajanlar • Protein sentezini engelleyen antimikrobiyal ajanlar • DNA sentezini bozan antimikrobiyal ajanlar

Peptidoglikan sentezini engelleyen antimikrobiyal ajanlar • Aktif olarak bölünmekte olan bakterilerde osmotik lizise neden olur • Penisilinler, sefalosporinler, karbapenemler, monobaktamlar, karbasephemler, vankomisin, basitrasin

Sitoplazmik zarı değiştiren antimikrobiyal ajanlar Sitoplazmik membranın değişmesine ve hücre materyallerinin sızmasına neden olur Polimiksin B, nistatin, imidazol

Protein sentezini engelleyen antimikrobiyal ajanlar Translasyon seviyesinde bakterilerin yapısal proteinlerin ve enzimlerin sentezini engeller

DNA sentezini bozan antimikrobiyal ajanlar • Öncül sentezinin inhibisyonu Bakterilerde nukleotit bazları timin, guanin, urasil, adenin, sitozini yapmak için gerekli olan bir kofaktör olan tetrahidrofolik ait sentezi için gerekli olan yolaktaki enzimleri bloke eder. • DNA replikasyon inhibitörleri DNA-giraz enzimini inhibe eder • DNA ya doğrudan hasar • Transkripsiyon inhibitörleri m. RNA sentezini bloke ederler

Yıllık dünyaçapında antibiyotik üretimi ve kullanımı Her yıl 500 bin tondan fazla kematerapötik ajanlar piyasaya sürülmektedir.

İnsan hastalıklarının tedavisinde kullanılan antibiyotikleri olan -dünya antibiyotik marketinin %60 ını ve 30 milyar dolarlık bir pazarı oluşturur

Seçilen kematerapötik ajanların antimikrobiyal spektrumları

SENTETİK ANTİMİKROBİYAL İLAÇLAR Büyüme faktörü analogları (aminoasitlerin, pürinlerin, pirimidinlerin vitaminlerin) Sulfa ilaçları Quinolonlar

Izoniazid Sadece M. tuberculosis e karşı Bir nikotinamid (vitamin; mikolik asit ve üstelik hücre duvarı sentezi) analoğu

Quinolonlar DNA giraza kendini bağlayarak DNA nın süperkatlanma oluşturmasını engelleyip bakterinin DNA replikasyonunun bloke eder. NALIDIKSIK ASİT prototipidir. Fluoroquinolon türevleri, ör. ciprofloxacin insanlarda idrar yolu enfeksiyonlarının tedavisinde ve ayrıca sığır eti ve kümes hayvanları etleri endüstrisinde kullanılır Geniş spektrumlu, hem gram (+) hem (-) bakteriler. Penisiline dirençli B. anthracis e karşı en iyi seçim!

Doğal olarak oluşan antimikrobiyal ilaçlar ANTİBİYOTİKLER

Penisilinler the site of action for most ß-lactamases

Tetrasiklinin yapısı ve önemli yarısentetik analoglar

Bazı Antifungal kematerapötik ajanların etki gösterdikleri yerler-birkaç tane genellikle topikal olarak kullanılırlar ör. Amfoterisinn B (oral) ve kandisidin (makrosiklik) Tarımda kullanılır, tıpta kullanılmaz Oral/topikal Oral Aromatik

Antiviral ilaçlar Nukleozit analogları: -DNA virüsleri (Herpes, HBV, vs): Viral polimeraz inhibitörleri -RNA viruses (HIV, vs): RT inhibitörleri. ör. Zidovudine (timidin dideoksi türevi, 3’ OH grubu yok) Proteaz inhibitörleri -HIV Interferonlar (alpha, beta, gamma) Düşük MW (17. 000); lenfositler, fibroblastlar; virüs türü değil. , geniş spektrum. Rekombinant interferon: antiviral, antikanser.

Antimikrobiyal kematerapötik ajanlara mikrobiyal direnç 1. Antibiyotiği inaktive eden ya da detoksifiye eden enzimleri üretme ör; penisillinaz ve diğer beta-laktamazlar. 1. Antibiyotiğin bakteride bağlanma yerini bloklamak ya da indirgemek üzere bakterideki hedef bölgeyi değiştirme, e. g. , hafifçe değiştirilmiş ribozomal altbirimi üretmek; hala işlevseldir ancak ilaç bağlanamaz. 2. Bakteri içerisine antimikrobiyal ajanın taşınımını engellemek (membran geçirgenliğini azaltmak), eg. , değişmiş bir sitoplazmik zar ya da dış zar üretmek. 3. İlaç tarafından etkilenmeyen alternatif metabolik yolak geliştirmek; eg. Antimikrobiyal ajan tarafından bloklanacak olan metabolik basamağın by-pass edilmesi 4. Hedefin üretimini artırmak, 5. Antimikrobiyal ajanın hücre dışına atılması

Antimikrobiyal kematerapötik ajanlara mikrobiyal direnç • Mutasyon • DNA nın genetik rekombinasyonu veya • Diğer bakterilerden plasmidlerin (R plasmidleri) eldesi sonucunda doğal olarak meydana gelir. • Antimikrobiyal ajana maruz kalma ardından bu organizma suşlarının seçilimi. • Doğrudan seçim: enfeksiyon bölgesinde antibiyotiğe dirençli patojenlerin seçimi • Dolaylı seçim : Antibiyotiğe dirençli normal floranın seçimi

Antimikrobiyal kematerapötik ajanlara mikrobiyal direnç Çoğu gram negatif bakteriler R (direnç) plasmidlerine sahiptirler R plasmidler bahsedilen çoklu antibiyotik direncini kodlayan genlere sahiptirler. Ayrıca R plasmidleri eşey pilusunu kodlayan transfer genlere de sahiptirler. Böyle bir organizma diğer bakterilerle konjuge olabilir ve R plasmidini onlara aktarır.

Antimikrobiyal ilaç direncinin yayılması R plasmidleri İlaçları uygunsuz ve yoğun (aşırı kullanım; ör. Gonorrheae da penisilin ) Tarımda ilaçların tıbbi amaçlar dışında kullanımı (koruyucu+ büyüme başlatıcısı); gıda enfeksiyonu salgınları

Antibiyotik tedavisinin başlangıcından beri bazı insan patojenlerinde antimikrobiyal ilaç direncinin gözükmesi Ayrııca aşırı tıbbi amçlar dışında kullanım (koruyucu): Hayvan büyümesini destek için veterinerlikte kullanım * Bu organizmaların bazı çoklu ilaç direnci gösteren suşları şuan bilinen antimikrobiyal ilaçlarla tedavi edilememektedir.

Antimikrobiya İlaçlara dirençli bakterilerin doğuşu Antibiyotiğe dirençli diarrheal hastalarınıdan izole edilen bakteri yüzdesi Ve antibiyotik kullanımı arasındaki ilişki İlaca dirençli suşların yol açtığı rapor edilmiş gonorrhea vakalarının yüzdesi. Rapor edilen ilaç direnci vakalarını n%95 ten fazlası Neisseria gonorrhoeae nın penisillinaz üreten suşlarından dolayıdır. 1990 dan beri oluşan bu direnç bnedeni ile gonorrhea hastalığının tedavisinde penisilin tedavisi önerilmez

Yeni kemoterapötikler için araştırmalar Doğadan araştırma Kombinasyonel sentez Kişiye özel olanlar Varolanların yeni analogları (otomatik kombinatoryal kimya) Bilgisayarlı ilaç dizaynı

AŞILAR 25. 10. 2020 32

Mikrobiyal Biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANZİMALAR Aşılar Çok sayıda hastalık mikroorganizmalar tarafından meydana getirilir. Birçok bakteri nedenli ve bazı fungal hastalıklar için, diğer mikroorganizmalar tarafından üretilen antibiyotikler vardır. Antibiyotikler; Viral hastalıkları tedavide çok az anlam taşırlar. Mikrobiyal patojenlere ve bilhassa patojenik virüslere karşı aşı üretimi, duyarlı populasyonları immünize etmek (bağışık hale getirmek) için, güvenilir ve çok daha kesin bir yoldur Rekombinant DNA teknolojisi enfeksiyon riski olmadan korumayı sunan orjinal aşıların üretimine imkan sağlar (ör, hepatit B aşısı). Güncel Biyoteknoloji ve uygulamaları, Erciyes Ü. Ed. Munis Dündar yararlanılmıştır.

Mikrobiyal Biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Aşılar: Giriş Biyoteknoloji ile çok sayıda insanı hastalıklardan korumaya gücü yetecek immünolojik ajanları üretmek mümkündür. Bu alan immünobiyoteknolojidir ve biyoteknolojini bir koludur. Birçok ilerlemeye rağmen halen daha Malarya (Sıtma) ve AIDS (Acquired Immune Deficiency Syndrome) gibi hastalıklardan dolayı her yıl binlerce insan ölmektedir.

Malarya, yaşamı tehdit eden hatalıklardan biridir. İnsana enfekte olmuş dişi Anophele sivrisineği ısırığı yoluyla geçen parazitler (Plasmodium sp. ) yol açarlar. Önelenebilir ve tedavi edilebilir bir hastalıktır. 2017 de 90 ülkede 219 milyon vaka bildirilmiş ve aynı yıl bu hastalık nedeni ile 435 000 insan ölmüştür (WHO). Hastalık; ateş, grip benzeri halsizlik, kusma vb semptomlara yol açar. Parazitler karaciğerde çoğalır, kırmızı kan hücrelerini parçalarlar. 25. 10. 2020 35

AIDS HIV, bağışıklık sistem hücrelerini hedef alarak enfeksiyon oluşturan ve enfeksiyonun ilerlemesi durumunda Edinilmiş İmmün Yetmezlik Sendromuna (AIDS) neden olabilen bir virüstür. HIV; cinsel yolla, kan ve kan ürünleriyle veya anneden bebeğe bulaşır. HIV, enfeksiyonlara karşı savaşan bağışıklık sistemi hücrelerine saldırır. Bu hücrelerin kaybı bedenin enfeksiyonlara ve belirli kanser türlerine karşı savunmasız kalmasına neden olur. HIV enfeksiyonu öncesi kendiliğinden iyileşen veya tedavi edilebilen hastalıklar, savunma gücü yetersiz kaldığı için tedavi edilemez hale gelebilmektedir. (https: //gskpro. com/tr-tr/tedavi-alanlari/tr/hiv-aids/) 25. 10. 2020 36

Mikrobiyal Biyoteknoloji Aşılar Aşı nedir? Aşı; patojen kaynaklı bir ajandır, ve memeli sistemine kasıtlı olarak sokulur (bir patojenin ya da patojenik bir bileşeninin hatırlanmasını sağlamak için) Hatırlama memeli bağışıklı sisteminin aşı ile ilk temasında açığa çıkar.

25. 10. 2020 39

Mikrobiyal Biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Aşılar: tanım Aşılar antijenler (antibadi üretimini ortaya çıkaran), veya immünojenler (immün cevabın hücresel bileşenini başlatan) içerir. Karşılık gelen antibadi ile karşılaşma olayında, sadece antijenler antibadilerle bağlanabilir ve bir antijen-antibadi kompleksini oluşturur. Bu kompleks antijenlerin ya da onları üreten organizmaların zararlı etkilerini nötralize eder.

Microbial Biotechnology ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Aşılama/Başığıklık Organizma içine bir aşının kasıtlı olarak enjekte edilmesi işlemi aşılama olarak adlandırılır, inokülasyon terimi de sıkça kullanılır. Aşılama organizmayı immünize ettiğinden ayrıca immünizasyon olarak da tanımlanır. Bir organizma aşılandığında, bağışıklık sistemi patojenlere karşı antibadiler üretme yoluyla bir immün cevabı göstermeye hazır hale gelir.

Aşılar Geleneksel metotla üretilen aşılar Rekombinant aşılar • Antijen çeşitliliği • İmmün kaçış ve benzer faktörler nedeni ile klasik metotların günümüzde bütün patojenler için yeterli olamayacağı açıktır. • Yine geleneksel metotla üretilen bazı aşılar bazı hastalıklar için büyük risk taşımaktadırlar. 25. 10. 2020 42

Mikrobiyal Biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Aşıların kompozisyonu Aşılar hastalığa neden olma potansiyeline sahip olan zayıflatılmış patojenik organizmaların veya onların salgıladıkları proteinin salin içerisindeki solusyonlarıdır.

Aşı tipleri: Attenue aşılar: Patojen yaşlandırılarak yada üreme koşulları değiştirilerek zayıflatılır (attenuasyon), fakat hala canlıdır. Ör; kızamık, kabakulak ve kızamıkçık tüberküloz, sarı humma aşıları. Altünite (subunite) aşılar/Aselüler aşılar: Tüm organizma yerine sadece antijenik bileşeni aşı için kullanılır. Ör, Haemophilus influenza B aşısı. aselüler boğmaca, hepatit B (Hastalık etmeninin seçilmiş immünojenik kısmını içeren aşılar) İnaktive aşılar: Patojen ısı ya da formalin ile öldürülür, ör, tifo aşıları, çocuk felci, tüm hücre boğmaca

Aşı tipleri: Avirulent organizmalar: Bir patojenik organizmanın patojen olmayan suşu aşı olarak kullanılır, ör; BCG (Bacillus Calmette Guerin) aşısı tuberküloz bakterisi olan Mycobacterium tuberculosis, e karşı bir aşıdır. Toksoitler: Patojenin ürettiği toksin aşı üretimi için antijen olarak kullanılır. Tetanoz, difteri

BİYOTEKNOLOJİK AŞILARIN SINIFLANDIRILMASI Rekombinant aşılar: ÜÇ TEMEL GRUPTA İNCELENEBİLİR: Genetik olarak değiştirilmiş canlı aşılar Rekombinant olarak inaktive edilmiş aşılar DNA (Genetik) Aşılar 25. 10. 2020 46

Genetik olarak değiştirilmiş canlı aşılar Bir veya birden fazla geni değiştirilmiş ya da inaktive edilmiş virüsler/bakteriler/ aşı vektörü olarak tanımlanan başka bir hastalık yapan ajanın genini taşıyan aşılar Geni yok edilmiş yada inaktif hale getirilmiş aşılar hastalığın etkisini azaltmak amacıyla geliştirilmiştir. Genelde iki yada daha fazla genin delesyonu aşının kararlı kalmasına ve patejene dönüşmemesinde etkilidir. Ayrıca, hastalığa neden olan ajanın genomunun sentetik olarak elde edilmesi ve üzerinde istenilen değişikliklerin yapılarak organizmaya sokulması ile gerçekleştirilebilir. 25. 10. 2020 47

Rekombinant olarak inaktive edilmiş aşılar Tüm organizmanın bir kısmını içeren subünit aşılardır. Bu tip aşılar; Proteinin temel bölümünü içeren ve bağışıklık yanıtını uyaran laboratuvarda sentezlenmiş sentetik peptidler olabilir. Veya tüm proteinin sentetik vesiyonu da olabilir. Bu aşılar konakçı hücrede çoğalmadıklarından aşı içerisinde adjuvan adlı immün sistemi uyaran bileşikler ile birlikte formüle edilirler. Adjuvan: APC-antigen presenting cells, sitokininler yada kombinasyonları şeklinde de olabilir. Genetik mühendisliği teknikleri bağışılık cevabını (immune response) uyarmak için yeterli olan bir organizmanın sadece bir parçasını aşı olarak kullanmayı mümkün kılmaktadır. Ör; hepatit B aşısında, patojenden izole edilen genetik materyalin bir parçası bakteri yada mayalara aktarılır. 25. 10. 2020 48

DNA aşıları: DNA aşıları gen terapisinin bir yan dalıdır Seçilen DNA segmenti, hastaya aktarıldığında defektif enzim siteminin yerini alacak ya da bir hücrenin yıkımı için onu işaretleyecek proteinleri sentezler. Virüsler ya da lipit taşıyıcıları DNA nın hücreler içerisine dağıtımında kullanılırlar. Bu yeni teknoloji plazmidden doğan DNA nın doğrudan enjeksiyonu ile HIV ye karşı aşı üretim çalışmalarında kullanılmaktadır.

GENETİĞİ OLARAK DEĞİŞTİRİLMİŞ AŞILAR REKOMBİNANT OLARAK DNA AŞILARI İNAKTİF AŞILAR Patojen vücut sıvısından veya kültürden arındırılır Patojen genomundan immünojen protein geni antijen geni izole edilir Antijen geni birplazmide Viral vektöre yerleştirilir İzole edilen gen uygun monte edilir bir vektöre yerleştirilir Değiştirilmiş plazmit Konakçı hücrede virüs konakçı organizmaya Genin ifadesi için bu çoğaltılır vektör prokaryotik veya enjeksiyon ile Virüs arındırılır ve intramusküler olarak ökaryotik hücrelere enjelksiyon ya da ağız veya gen tabancası ile aktarılır yoluyla kişi aşılanır deriye verilerek aşılama Oluşan protein yapılır arındırılır, ve adjuvan ile birlikte enjeksiyonla kişi aşılanır. 25. 10. 2020 50

Gen Tedavisi Gen tedavisinde hedef, hasta hücredeki veya organdaki bozukluğu hücrenin genetik yapısını değiştirerek düzeltmektir. Herhangi bir gen düzgün çalışmayınca kodladığı protein de normal yapıda olmamaktadır. Buna bağlı olarak vücutta çeşitli bozukluklar ve hastalıklar meydana gelir. Bozuk olan genin yerini alacak normal genin, hücrelere bir şekilde ulaştırılması gerekir. Bunun çeşitli yolları mevcuttur.

Gerekli gen veya genlerin virüsler içerisine yerleştirilerek vücuda verilmesi Birçok virüs hücre içerisine girdikten sonra genetik şifresini hücrenin genetik şifresine entegre ederek etkisini göstermektedir. Virüslerin bu özelliğinden yararlanılarak istenilen gen ve/veya genler virüsler aracılığı ile hedef hücrelere transfer edilebilir. Vücuda zarar vermesi engellenmiş olan virüslerin kendi genetik şifresi çıkartılarak istenilen geni transfer edeilebilir. Daha sonra bu virüsler kişiye damar yoluyla verilip belirli hücrelerin içerisine girmeleri sağlanır. Hücreye giren virüs, içerisindeki geni hedef hücrenin çekirdeğine aktarır ve hücrenin orijinal geni gibi görev yapmaya başlar.

Gen tedavisi hastalıkları tedavi etmek veya önlemek amacıyla bir kişinin genlerinin ekspresyonunun değiştirilmesi olarak tanımlanabilir. Akademik ve ticari laboratuvarların zorlu çalışmaları ile 2006 yılı verilerine göre 1273 gen tedavisi klinik deneme protokolü etik çevrelerce onaylanmıştır. Ancak henüz sadece baş-boyun kanserleri için geliştirilen bir gen tedavisi ürünü rutin kullanım için Çin'de lisans alabilmiştir. Gen tedavisi denemelerindeki başarısızlıklar terapötik genlerin yetersizliğinden kaynaklanmamaktadır. 25. 10. 2020 53

Başarılı gen tedavisinin önündeki en önemli engel toksik olmayan gen aktarım sistemlerinin olmayışıdır. Gen tedavisinde viral ve viral olmayan çeşitli vektör sistemleri kullanılmaktadır ve her biri kendine özgü avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Günümüzde en etkili gen aktarım araçları, genlerini hedef hücreye aktarma özellikleri nedeniyle, virüslerdir. Gen tedavisi kalıtsal tek gen hastalıkları ve kardiyovasküler hastalıkları da içine alan bir dizi hastalığın tedavisi amacıyla geliştirilmekteyse de özellikle kanser tedavisi daha öne çıkmaktadır. Gen tedavisinin pratikte yaygın uygulama alanı bulabilmesi tedavi genlerinin hücrelere yeterli dozlarda aktarılabilmesine, genin hastalıklı hücreleri hedefleyebilmesine ve aktarılan yeni genlerin vücut tarafından sıkı kontrol altında tutulabilme yollarının geliştirilmesine ve dolayısıyla da biyogüvenlik problemlerinin aşılmasına bağlıdır.