Hur fungerar antibiotika?

Gemensamt för alla antibiotika är att de är molekyler som påverkar system i bakterierna som är centrala för deras överlevnad. För att en bakteriecell ska kunna leva behövs det DNA som innehåller koden för cellens uppbyggnad. Proteinerna står för de flesta funktionerna i cellen och styr uppbyggnad av både DNA och andra strukturer i cellen. Cellväggen är också central genom att den skyddar mot omgivningen och kontrollerar vad som passerar in och ut ur cellen. De molekyler som fungerar som antibiotika, d.v.s. kan ta död på eller stoppa tillväxt av bakterier, angriper vanligtvis någon av dessa centrala system.

Organiska molekyler, t.ex. en cells alla komponenter, byggs upp av relativt få atomtyper där kol-, väte-, syre- och kväveatomer är bland de vanligaste. Antibiotika och de flesta andra läkemedel är små organiska molekyler som sällan består av mer än 150 atomer, till skillnad från proteiner och DNA som kan bestå av tusentals atomer. Det som avgör vilka egenskaper en molekyl har är hur många och vilken typ av atomer som ingår och hur dessa är sammankopplade.

Penicillin är ett av de absolut vanligaste antibiotika vi har. Det används för att bota vanliga sjukdomar så som halsfluss, lunginflammation, öroninflammation och hudinfektioner. Penicillin fungerar genom att angripa bakteriernas cellvägg. Denna består av långa kedjor av kolhydrater, polysackarider och kedjor av aminosyror (peptider) som är sammanfogade i ett s.k. peptidoglykanlager. Bakterier delas normalt in i två stora undergrupper; grampositiva och gramnegativa (fig. 3). Hos de grampositiva utgörs cellväggen till största delen av ett tjockt lager peptidoglykan. Gramnegativa bakterier har ett mycket tunnare lager peptidoglykan och ett yttermembran istället.

Figur 3. Illustration av en grampositiv (G+) respektive gramnegativ (G-) bakterie.

Under uppbyggnaden av cellväggen kopplar enzymer (som även kallas penicillin-bindande-protein, PBP) ihop de olika byggstenarna i peptidoglykanlagret. Penicillinets struktur liknar den hos en av byggstenarna (fig. 4) och enzymet försöker bygga in penicillinet i cellväggen istället för den äkta byggstenen. Resultatet blir att cellväggen inte kan kopplas ihop på ett korrekt sätt, vilket leder till att bakteriecellen dör.

Fig. 4 Två olika sätt att illustrera penicillinmolekylen (just denna variant kallas Penicillin G). Penicillin tillhör gruppen β-laktamer (beta-laktamer). Gemensamt för dessa är att de innehåller en fyrledad ring (β-laktam) som är helt nödvändig för att molekylen ska fungera som antibiotika. Pilarna visar var den viktiga β-laktamringen sitter.

Upptäckten av penicillin hos mögelsvampen Penicillium notatum har banat väg för många fler typer av antibiotika. Genom att man känner till hur penicillinmolekylen är uppbyggd och fungerar kan kemister på syntetisk väg i laboratoriet skapa nya molekyler som är mer effektiva, eller som kan fungera mot andra typer av bakterier. Möjligheterna koppla samman atomer till helt nya molekyler med unika egenskaper är i det närmaste oändligt.

Med penicillin G som utgångspunkt kan man t.ex. skapa ampicillin (fig. 5) genom att sätta till en aminogrupp (rödmarkerad). Denna förändring gör att antibiotikat även kan verka mot gramnegativa bakterier, som har en annan typ av cellvägg än de grampositiva. Sätter man till ytterligare en hydroxylgrupp (HO) till ampicillin får man amoxicillin (fig. 6). Detta antibiotikum tas lätt upp av mag-tarmkanalen och kan tas genom att svälja en tablett, till skillnad från ampicillin som måste injiceras direkt i blodet eller muskulärt. Med andra ord finns det oändliga valmöjligheter när det handlar om att förbättra och utveckla nya antibiotika i laboratoriet, utifrån de som bakterier och svampar tillverkar i naturen.

Contact

Nobelmuseet Stortorget 2, Gamla Stan, Box 2245, 103 16 Stockholm
work +46 8 534 818 00
Executive Editor: Olov Amelin

Main sponsors

Today at the Museum

Opening hours

11:0017:00

Tours

Events

No events today.

Daily Special

Baked cod with pesto, tomato sauce and rice
Chicken Mughlai with rice
Gnocchi with broccoli braised in white wine, garlic and cream
Fish soup with aioli