Cơ chế tác động của penicillin

Ngày nay, người ta đã biết được penicillin diệt khuẩn bằng cách can thiệp vào sự phát triển của vi khuẩn. Khi vi khuẩn phân chia phát triển, chúng phải tạo ra màng tế bào nhờ một enzym xúc tác đặc biệt. Enzym nay là một chuỗi amino axit và penicillin làm bất hoạt nó bằng cách cắt đứt tiến trình hình thành. Penicillin đóng vai trò một phân tử giả dạng (vì có cấu trúc dây lactam tương tự với tiền chất tạo ra enzym). Do đó, penicillin đã tranh mất các vị trí phản ứng của tiền chất tạo enzym nên enzym sẽ không hình thành, có nghĩa là màng tế bào không được tái tạo.

Cơ chế này được Joshua Lederberg làm sáng tỏ vào năm 1957, sau này ông được nhận giải Nobel.

Trong một thí nghiệm đơn giản, Lederberg đã chứng minh penicillin ngăn cản sự tạo thành màng tế bào của vi khuẩn. Trong một dung dịchmuối có nồng độ cao, vi khuẩn vẫn tồn tại dù có sự hiện diện của penicillin. Tuy nhiên, vi khuẩn không thể tạo được màng tế tào, vì thế chúng chỉ tồn tại tạm thời dưới dạng nguyên sinh chất, có nghĩalà penicillin đã ngăn sự hình thành màng tế bào. Ledergerg chuyển các vi khuẩn không có màng tế bào này sang một dung dịch dinh dưỡng bình thường thì nguyên sinh chất của vi khuẩn vỡ ra vì không cómàng che chở.

Năm 1965, James Park và Jack Strominger đưa ra mô tả chính xác hơn về tác động diệt khuẩn của penicillin. Theo hai ông, màng tế bào vi khuẩn cấu tạo bởi các murein (chuỗi phân tử đường). Các murein nối kết với nhau bằng những cầu protein peptidoglycans (chuỗi peptid) nhờ tác động xúc tác của enzym glycopeptid transpeptidase (GT). Penicillin có cấu trúc tương tự với cầu protein chúng sẽ cạnh tranh thụ thể với enzym Gt và làm bất hoạt enzym này. Vì thế, màng tế bào không được tái tạo. Vi khuẩn không màng bị tác động bởi áp suất thẩm thấucủa môi trường xung quanh dẫn đến việc vi khuẩn bị căng phồng và vỡ tung.

Penicillin ngăn cản sự thành lập màng tế bào, do đó tác động chỉ xuất hiện khi vi khuẩn phân chia, penicillin không tiêu diệt được vikhuẩn đang hiện diện.

Vì penicillin chỉ bắt đầu tác động khi vi khuẩn phân chia nên việc sử dụng penicillin phải kéo dài trong nhiều ngày, nếu ngưng ngang điều trị, hoặc không tuân thủ hướng dẫn của thầy thuốc thì hậu quả vô cùng nguy hiểm. Lúc ấy, nhưng vi khuẩn còn sống sót sẽ lập tức tạo màng tế bào che chở và phân chia phát triển mạnh mẽ, bệnh sẽ tái phát trầm trọng hơn.

Đó là chưa kể một số vi khuẩn trở nên đề kháng với penicillin. Từ đó, nâng cuộc chiến giữa con người và vi khuẩn lên một tầm cao hơn nữa.