WSR099 Antibakterielle Wirkstoffe: beta-Lactam Derivate, Bacitracin, Vancomycin und Teicoplanin

In dieser Episode sprechen Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp wieder über Antibiotika und schließen damit die antibakteriellen Wirkstoffe ab, die den Aufbau der bakteriellen Zellwand hemmen.

Struktur von Aztreonam. Der direkt an den Amidstickstoff gebundene Sulfonsäurerest (rot) trägt zur ausreichenden Instabilität der Amidbindung bei. Die alpha-ständige Methylgruppe (grün) erhöht die Stabilität gegenüber beta-Lactamasen. Quelle: Hans-Dieter Höltje.

Zunächst stellen sie verschiedene Gruppen der beta-Lactam-Antibiotika vor. Der Überblick reicht von den Cephalosporinen und Carbapenemen bis hin zu Aztreonam, einem Monobactam mit einem einzelnen beta-Lactamring. Dabei geht es auch um beta-Lactamasehemmer, die mit bestimmten Antibiotika kombiniert werden. Als Beispiel nennen sie den Wirkstoff Vaborbactam, dessen Entwicklung durch die Aufklärung der Kristallstruktur von beta-Lactamasen ermöglicht wurde.

Am Beispiel von Cefiderocol erläutert Hans-Dieter, wie sich das Wirkungsspektrum eines beta-Lactam-Antibiotikums durch eine strukturelle Erweiterung verändern lässt: Die Catechol-Einheit ermöglicht es dem Wirkstoff, den aktiven Eisentransport gramnegativer Bakterien zu nutzen.

Anschließend besprechen die beiden Bacitracin. Dieses enthält neben einem cyclischen Peptidabschnitt auch einen linearen Peptidteil. An dessen Terminus bilden ein Cystein- und ein Isoleucinrest einen Thiazolinring.

Zum Abschluss greifen Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp Vancomycin und Teicoplanin auf. Mit diesen Glykopeptid-Antibiotika runden sie den Überblick über Wirkstoffe ab, die in die bakterielle Zellwandsynthese eingreifen, und geben einen kurzen Ausblick auf kommende Episoden.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

Variationen des beta-Lactam Grundkörpers

Chephalosporine

Struktur von 7-Aminocephalosporansäure (7-ACA); Quelle: Hans-Dieter Höltje.

Cefepim

Struktur von Cefepim mit Tetrahydropyrrolring (grün) und Thiazolring (blau); Quelle: Hans-Dieter Höltje.

Enmetazobactam

Struktur von Enmetazobactam. Quelle: Innerstream, Public domain, via Wikimedia Commons.

Carbapeneme

Struktur des Carbapenem Grundkörpers; Quelle: Jü, Public domain, via Wikimedia Commons.

Thienamycin

Struktur von Thienamycin; Quelle: Hans-Dieter Höltje.

Meropenem

Exkurs: Design von beta-Lactamase Inhibitoren

    • Vaborbactam – Wikipedia Artikel
    • Crystal structure of vaborbactam bound to KPC-2. PDB-ID: 6td0
    • Crystal structure of KPC-44 carbapenemase in complex with vaborbactam. PDB-ID: 8TMT
Struktur von Vaborbactam. Quelle: Vaccinationist, Public domain, via Wikimedia Commons.

Struktur von Meropenem

Struktur von Meropenem. Die zur Stabilisierung gegen Peptidasen beitragende Methylgruppe ist grün markiert; die Ethylaminogruppe ist rot markiert. Quelle: Hans-Dieter Höltje.

Oxapenam am Beispiel der Clavulansäure

Struktur von Clavulansäure; Quelle: Hans-Dieter Höltje.

Aktivität der Derivate

Monobactame

Aztreonam

Struktur von Aztreonam. Der direkt an den Amidstickstoff gebundene Sulfonsäurerest (rot) trägt zur ausreichenden Instabilität der Amidbindung bei. Die alpha-ständige Methylgruppe (grün) erhöht die Stabilität gegenüber beta-Lactamasen. Quelle: Hans-Dieter Höltje.

Cefiderocol

Struktur von Cefiderocol. Quelle: Schmiddi98, Public domain, via Wikimedia Commons.

Wirkstoffe zur Hemmung des Lipidzyklus

Bacitracin

Am Terminus des Bacitracin-Peptids gebildeter Thiazolinring aus Cystein- und Isoleucinresten. Quelle: Hans-Dieter Höltje.

Glucopeptid-Antibiotika

MRSA Keime

Methicillin

Methicillin – Wikipedia Artikel

Struktur von Methicillin; Quelle: Jü, Public domain, via Wikimedia Commons.

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