Avermectin

Avermectin

Các avermectin là một loạt các loại thuốc và thuốc trừ sâu được sử dụng để điều trị giun ký sinh và côn trùng gây hại. Chúng là một dẫn xuất macrocyclic lactone 16 thành viên với đặc tính chống giun và diệt côn trùng mạnh.^[1][2] Các hợp chất xuất hiện tự nhiên này được tạo ra như các sản phẩm lên men của Streptomyces avermitilis, một loại xạ khuẩn đất. Tám avermectin khác nhau được phân lập trong bốn cặp hợp chất tương đồng, với thành phần chính (thành phần) và thứ yếu (thành phần b) thường theo tỷ lệ 80:20 đến 90:10.^[2] Các thuốc chống giun khác có nguồn gốc từ avermectin bao gồm ivermectin, selamectin, doramectin, eprinomectin, moxidectin và abamectin.

Một nửa giải thưởng Nobel về Sinh lý học và Y khoa 2015 đã được trao cho William C. Campbell và Satoshi mura vì đã khám phá ra avermectin, "các dẫn xuất trong đó đã làm giảm triệt để tỷ lệ mù lòa do giun chỉ Onchocerca và bệnh giun chỉ bạch huyết, cũng như cho thấy hiệu quả chống lại sự gia tăng số lượng các bệnh ký sinh trùng khác. " ^[3]

Lịch sử

Năm 1978, một loại xạ khuẩn được phân lập tại Viện Kitasato từ một mẫu đất được thu thập tại Kawana, thành phố Ito, tỉnh Shizuoka, Nhật Bản. Cuối năm đó, Actinomycete bị cô lập đã được gửi đến Phòng thí nghiệm nghiên cứu của Merck Sharp và Dohme để thử nghiệm. Nhiều nước dùng được kiểm soát cẩn thận đã được lên men bằng cách sử dụng Actinomycete bị cô lập. Các xét nghiệm ban đầu chỉ ra rằng một số toàn bộ, nước dùng lên men đã hoạt động chống lại Nematospiroides dubius ở chuột trên ít nhất một phạm vi tám lần mà không có độc tính đáng chú ý. Sau đó, hoạt động chống giun được phân lập và được xác định là một họ của các hợp chất liên quan chặt chẽ. Các hợp chất cuối cùng đã được đặc trưng và các loài tiểu thuyết sản xuất ra chúng được mô tả bởi một nhóm tại Merck vào năm 1978.^[4]

Năm 2002, Yoko Takahashi và những người khác tại Viện Khoa học Đời sống Kitasato, Đại học Kitasato và tại Viện Kitasato, đề xuất Streptomyces avermitilis được đổi tên thành Streptomyces avermectinius.^[5]

Liều dùng

Một liệu pháp sử dụng phổ biến trong thời gian gần đây đã được dựa vào miệng, đường tiêm, bôi, hoặc tại chỗ tại chỗ (như trong thuốc chống bọ chét thú y "giọt") quản lý avermectins. Chúng cho thấy hoạt động chống lại một loạt các loài giun tròn và ký sinh trùng động vật chân đốt ở động vật với liều lượng 300 μg/kg hoặc ít hơn (200 g/kg ivermectin dường như là tiêu chuẩn giao phối phổ biến, từ người sang ngựa cho đến vật nuôi, trừ khi có chỉ định khác). Không giống như kháng sinh macrolide hoặc polyene, chúng thiếu các hoạt động kháng khuẩn hoặc kháng nấm đáng kể.^[6]

Cơ chế hoạt động

Các avermectin ngăn chặn sự truyền hoạt động điện trong các tế bào thần kinh và tế bào cơ không xương sống chủ yếu bằng cách tăng cường tác dụng của glutamate tại kênh chloride glutamate đặc hiệu của động vật không xương sống, với các tác động nhỏ lên các thụ thể của axit gamma-aminobutyric.^[7][8][9] Điều này gây ra một dòng ion chloride vào các tế bào, dẫn đến quá trình siêu phân cực và làm tê liệt hệ thống thần kinh cơ không xương sống; liều tương đương không gây độc cho động vật có vú vì chúng không có kênh chloride glutamate.^[10]

Độc tính và tác dụng phụ

Kháng với avermectin đã được báo cáo, điều này cho thấy sự điều độ trong sử dụng.^[11] Nghiên cứu về ivermectin, piperazine và dichlorvos trong các kết hợp cũng cho thấy tiềm năng độc tính.^[12] Avermectin đã được báo cáo để ngăn chặn sự bài tiết LPS của yếu tố hoại tử khối u, oxit nitric, prostaglandin E2 và tăng nồng độ Ca²⁺ trong tế bào.^[13] Tác dụng bất lợi thường thoáng qua; ảnh hưởng nghiêm trọng là rất hiếm và có lẽ chỉ xảy ra khi dùng quá liều đáng kể, nhưng bao gồm hôn mê, hạ huyết áp và suy hô hấp, có thể dẫn đến tử vong. Không có liệu pháp cụ thể tồn tại, nhưng quản lý triệu chứng thường dẫn đến tiên lượng thuận lợi.^[14]

Sinh tổng hợp Avermectin

Sơ đồ hiển thị tổng hợp sơ đồ của avermectin

Các cụm gen để sinh tổng hợp avermectin từ S. avermitilis đã được giải trình tự.^[15] Cụm gen sinh tổng hợp avermectin mã hóa các enzyme chịu trách nhiệm cho bốn bước sản xuất avermectin: 1) sản xuất avermectin aglycon bằng cách tổng hợp polyketide, 2) sửa đổi aglycon, 3) tổng hợp đường biến đổi. Cụm gen này có thể tạo ra tám avermectin có sự khác biệt nhỏ về cấu trúc.^[16]

Tổ chức của avermectin polyketide synthase

Aglycon ban đầu avermectin được tổng hợp bởi hoạt động tổng hợp polyketide của bốn protein (AVES 1, AVES 2, AVES 3 và AVES 4). Hoạt động của phức hợp enzyme này tương tự như synthase polyketide loại I.^[16] Có thể sử dụng 2-methylbutyrl CoA hoặc isobutyrl CoA làm đơn vị khởi đầu và được mở rộng bởi bảy đơn vị acetate và năm đơn vị propionate để tạo ra avermectin một loạt hay một loạt bọ tương ứng.^[16] Các aglycon ban đầu sau đó được giải phóng khỏi miền thioesterase của AVES 4 bằng cách hình thành một este mạch vòng nội phân tử.

Aglycon ban đầu avermectin được sửa đổi thêm bởi các enzyme khác trong cụm gen sinh tổng hợp avermectin. AveE có hoạt động cytochrom P450 monooxygenase và tạo điều kiện cho sự hình thành vòng furan giữa C6 và C8.^[16] AveF có hoạt tính ketoreductase phụ thuộc H của NAD (P) làm giảm nhóm keto C5 thành hydroxyl.^[16] AveC ảnh hưởng đến hoạt động dehydratase trong mô-đun hai (ảnh hưởng đến C22-C23), mặc dù cơ chế thực hiện điều này không rõ ràng.^[15][16] AveD có hoạt động O-methyltransferase phụ thuộc SAM.^[16] Việc AveC hay AveD hoạt động trên aglycon sẽ xác định xem alymectin aglycon kết quả sẽ tạo ra chuỗi avermectin trong trò chơi "A" hay hay "B"và loạt 1 hoặc 2, tương ứng.

Chín khung đọc mở (orf1 và aveBI-BVIII) là hạ lưu của aveA4, được biết là có liên quan đến glycosyl hóa và tổng hợp đường.^[16] AveBII-BVIII chịu trách nhiệm tổng hợp dTDP-L-oleandrose và AveBI chịu trách nhiệm glycosyl hóa aglycon avermectin với đường dTDP.^[16] Trình tự của orf1 cho thấy rằng sản phẩm của nó sẽ có hoạt động reductase, nhưng chức năng này dường như không cần thiết cho quá trình tổng hợp avermectin.^[16]

Công dụng khác

Abamectin là thành phần hoạt động trong một số bẫy mồi kiến thương mại.

Xem thêm

• Milbemycins là một nhóm ký sinh trùng liên quan chặt chẽ về mặt hóa học.
• Avermectin/ivermection glycorandomization đã dẫn đến một loạt các chất tương tự glycosyl hóa khác biệt mới.^[17]

Tham khảo

1. Ōmura, Satoshi; Shiomi, Kazuro (2007). “Discovery, chemistry, and chemical biology of microbial products”. Pure and Applied Chemistry. 79 (4): 581–591. doi:10.1351/pac200779040581.
2. ^ Pitterna, Thomas; Cassayre, Jérôme; Hüter, Ottmar Franz; Jung, Pierre M.J.; Maienfisch, Peter; Kessabi, Fiona Murphy; Quaranta, Laura; Tobler, Hans (2009). “New ventures in the chemistry of avermectins”. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 17 (12): 4085–4095. doi:10.1016/j.bmc.2008.12.069.
3. “The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2015” (PDF). Nobel Foundation. Truy cập ngày 7 tháng 10 năm 2015.
4. Burg, R. W.; Miller, B. M.; Baker, E. E.; Birnbaum, J.; Currie, S. A.; Hartman, R.; Kong, Y.-L.; Monaghan, R. L.; Olson, G. (1979). “Avermectins, New Family of Potent Anthelmintic Agents: Producing Organism and Fermentation”. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 15 (3): 361–7. doi:10.1128/AAC.15.3.361. PMC 352666. PMID 464561.
5. Takahashi, Y. (2002). “Streptomyces avermectinius sp. nov., an avermectin-producing strain”. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 52 (6): 2163–8. doi:10.1099/ijs.0.02237-0. PMID 12508884.
6. Hotson, I. K. (1982). “The avermectins: A new family of antiparasitic agents”. Journal of the South African Veterinary Association. 53 (2): 87–90. PMID 6750121.
7. Cully, Doris F.; Vassilatis, Demetrios K.; Liu, Ken K.; Paress, Philip S.; Van Der Ploeg, Lex H. T.; Schaeffer, James M.; Arena, Joseph P. (1994). “Cloning of an avermectin-sensitive glutamate-gated chloride channel from Caenorhabditis elegans”. Nature. 371 (6499): 707–11. Bibcode:1994Natur.371..707C. doi:10.1038/371707a0. PMID 7935817.
8. Bloomquist, Jeffrey R. (1996). “Ion Channels as Targets for Insecticides”. Annual Review of Entomology. 41: 163–90. doi:10.1146/annurev.en.41.010196.001115. PMID 8546445.
9. Bloomquist, Jeffrey R. (2003). “Chloride channels as tools for developing selective insecticides”. Archives of Insect Biochemistry and Physiology. 54 (4): 145–56. doi:10.1002/arch.10112. PMID 14635176.
10. Bloomquist, Jeffrey R. (1993). “Toxicology, mode of action and target site-mediated resistance to insecticides acting on chloride channels”. Comparative Biochemistry and Physiology C. 106 (2): 301–314. doi:10.1016/0742-8413(93)90138-b.
11. Clark, J K; Scott, J G; Campos, F; Bloomquist, J R (1995). “Resistance to Avermectins: Extent, Mechanisms, and Management Implications”. Annual Review of Entomology. 40: 1–30. doi:10.1146/annurev.en.40.010195.000245. PMID 7810984.
12. Toth, L. A.; Oberbeck, C; Straign, C. M.; Frazier, S; Rehg, J. E. (2000). “Toxicity evaluation of prophylactic treatments for mites and pinworms in mice”. Contemporary Topics in Laboratory Animal Science / American Association for Laboratory Animal Science. 39 (2): 18–21. PMID 11487234.
13. Viktorov, A. V.; Yurkiv, V. A. (2003). “Effect of ivermectin on function of liver macrophages”. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 136 (6): 569–71. doi:10.1023/b:bebm.0000020206.23474.e9. PMID 15500074.
14. Yang, Chen-Chang (2012). “Acute Human Toxicity of Macrocyclic Lactones”. Current Pharmaceutical Biotechnology. 13 (6): 999–1003. doi:10.2174/138920112800399059. PMID 22039794.
15. ^ Ikeda, H.; Nonomiya, T.; Usami, M.; Ohta, T.; Omura, S. (1999). “Organization of the biosynthetic gene cluster for the polyketide anthelmintic macrolide avermectin in Streptomyces avermitilis”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 96 (17): 9509–9514. Bibcode:1999PNAS...96.9509I. doi:10.1073/pnas.96.17.9509. PMC 22239. PMID 10449723.
16. ^ Yoon, Y. J.; Kim, E.-S.; Hwang, Y.-S.; Choi, C.-Y. (2004). “Avermectin: Biochemical and molecular basis of its biosynthesis and regulation”. Applied Microbiology and Biotechnology. 63 (6): 626–34. doi:10.1007/s00253-003-1491-4. PMID 14689246.
17. Zhang, Changsheng; Albermann, Christoph; Fu, Xun; Thorson, Jon S. (2006). “The in Vitro Characterization of the Iterative Avermectin Glycosyltransferase AveBI Reveals Reaction Reversibility and Sugar Nucleotide Flexibility”. Journal of the American Chemical Society. 128 (51): 16420–1. doi:10.1021/ja065950k. PMID 17177349.