Penicylina (antybiotyk) - czym jest, jakie ma działanie i jaka jest jej skuteczność?

Penicylina odkryta przypadkowo prawie sto lat temu zrewolucjonizowała przyszłość leczenia zakażeń bakteryjnych. Jest uznana za pierwszy poznany i odkryty antybiotyk, a nadal używana jest w terapii zakażeń.

Penicylina należy do antybiotyków beta-laktamowych. Działa bakteriobójczo, a mechanizm jej działania polega na zablokowaniu ostatniego etapu tworzenia ściany komórkowej u bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych. Dzieje się tak dzięki wiązaniu się penicyliny z białkami wiążącymi penicyliny – PBP (ang. Penicillin Binding Protein).
Zjawisko to uniemożliwia tworzenie się peptygolikanu, co prowadzi do osłabienia ściany komórkowej bakterii i umożliwia przenikanie przez nią antybiotyku do wnętrza komórki (2).

Antybiotyki z grupy penicylin cechują się dużą aktywnością, a jednocześnie niską toksycznością. Skutki uboczne wynikające ze stosowania penicylin występują na mniejszą skalę niż w przypadku innych, nowszych antybiotyków (3). Penicylina G cechuje się jednak niską odpornością na działanie kwasu żołądkowego, dlatego podawana jest głównie dożylnie i domięśniowo.

Odkrycie penicyliny

Penicylina benzylowa przypadkowo została odkryta przez Alexandra Fleminga w 1928. Jednak by wyizolować jej czystą postać potrzeba było dziesięciu lat, a naukowcy samodzielnie musieli skonstruować niezbędny do tego sprzęt. Po kolejnych latach koniecznych testów na zwierzętach – myszach, można było przejść do etapu badań klinicznych na ludziach. Warto dodać, że czasy te były czasami wojny i możliwości naukowców były ograniczone, brakowało im wsparcia m.in. finansowego (1). W połowie lat 40 XX wieku penicylina była już ogólnodostępna i nikt nie wiedział wtedy, że posłuży ludziom do dnia dzisiejszego.

Warto wspomnieć, że wynalezienie penicyliny zapoczątkowało erę antybiotyków, która diametralnie zmieniła oblicze medycyny. Odkrycie Fleminga utorowało drogę do wynalezienia kolejnych antybiotyków, które uratowały miliony istnień ludzkich.

Działanie i skuteczność penicyliny

Penicylina ciągle pozostaje najbardziej efektywnym antybiotykiem w walce z paciorkowcem ropnym (Streptococcus pyogenes) powodującym m.in ostre zapalenie migdałków podniebiennych, potocznie zwane anginą (5). Dobrze działa też wobec bakterii Neisseria meningitidis (meningokok, dwoinka zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych), wywołującej zagrażające zdrowiu i życiu zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, jak i posocznicę (sepsę) (7). Coraz częstsze są jednak doniesienia są na temat wzrastającej oporności Neisseria meningitidis wobec penicyliny G (4), również w Polsce (3). W przypadku wykazanej wrażliwości skuteczna jest też wobec zakażeniach szpitalnych: w zapaleniach płuc spowodowanych przez Streptococcus pneumoniae (pneumokok, dwoinka zapalenia płuc). W związku z obniżającą się wrażliwością bakterii na penicyliny stosuje się leczenie kojarzone np. z aminoglikozydami, czy też makrolidami. W przypadku bakterii Gram-ujemnych penicylina jest stosowana rzadko.

Oporność na działanie antybiotyków, w tym penicylinę

Oporność bakterii na działanie penicyliny jest coraz częstszym zjawiskiem. Bakterie mogą wytwarzać bowiem beta-laktamazy, czyli enzymy, które katalizują rozpad pierścienia beta-laktamowego, a tym samym naruszają całą cząsteczkę antybiotyku i uniemożliwiają jego prawidłowe działanie. Innym mechanizmem prowadzącym do uzyskiwania oporności na lek jest utrata powinowactwa do miejsca działania antybiotyku na skutek mutacji w białkach wiążących penicyliny (2). Obserwuje się także zjawisko przenoszenia genów oporności za pomocą plazmidów na inne szczepy bakterii (6). Plazmidy to kuliste, ruchome cząsteczki pozachromosomalnego DNA (materiału genetycznego bakterii), umożliwiające zyskiwanie i przekazywanie nowych cech, głównie adaptacyjnych.

Zwiększona oporność bakterii na antybiotyk i fakt, iż penicylina ma działanie wąskowidmowe – działa tylko na określoną grupę bakterii – doprowadziły do spadku częstości jej używania na rzecz antybiotyków szerokowidmowych – działających na kilka grup bakterii jednocześnie – skuteczniejszych w leczeniu. Szczególnie zjawisko takie obserwowane jest w przypadku leczenia zakażeń szpitalnych. Jednak imponującym jest nieustanne stosowanie penicyliny w leczeniu od ponad 80 lat, obserwując jak szybko bakterie nabywają oporność na nowe antybiotyki o skomplikowanej budowie i mechanizmach działania.

Źródła:

Lobanovska M, Pilla G. “Penicillin’s Discovery and Antibiotic Resistance: Lessons for the Future?” Yale J Biol Med. 2017 Mar 29;90(1), str. 135-145;
Danuta Dzierżanowska “Leczenie Zakażeń Szpitalnych”, Alfa Medica Press 2007 (1), str. 10-11;
Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller – “Mikrobiologia”, Urban & Partner 2017 (2), str. 196;
Deghmane AE, Hong E, Taha MK. “Recent Evolution of Susceptibility to Beta-Lactams in Neisseria meningitidis.” Antibiotics (Basel). 2023 Jun 1;12(6), str. 992;
Yu Dingle, Guo Danchun, Zheng Yuejie, Yang Yonghong: “A review of penicillin binding protein and group A Streptococcus with reduced-β-lactam susceptibility.” Frontiers in Cellular and Infection Microbiology; 2023(13);
Louis B. Rice, MD: “Mechanisms of Resistance and Clinical Relevance of Resistance to β-Lactams, Glycopeptides, and Fluoroquinolones.” Symposium on antimicrobial therapy 2012 (87).
https://www.gov.pl/web/psse-pila/meningokoki—neisseria-meningitidis