Beta-Laktam-Antibiotikum

Die Beta-Laktam-Antibiotika hemmen die Zellwandsynthese von Bakterien. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit mit D-Alanyl-D-Alanin wirken Beta-Laktam-Antibiotika als Substratanaloga, indem sie kovalent an das Serin im aktiven Zentrum der Transpeptidase binden. Auf diese Weise blockieren sie das für die Zellwandsynthese essenzielle Enzym irreversibel.

Die Zellwand ist für die Einzeller lebensnotwendig. Bakterien haben eine hohe osmotische Teilchenkonzentration in ihrem Zytoplasma. Wenn die Zellwand nicht mehr oder nicht mehr ausreichend vorhanden ist, kann Wasser in das Zellinnere einströmen. Das Bakterium schwillt an und das Plasmalemma zerreißt, da es nicht elastisch ist. Da tierische, eukaryotische Zellen keine Zellwand besitzen, sind die Substanzen gegenüber diesen unwirksam.

Da Beta-Laktam-Antibiotika die Zellwandsynthese hemmen, wirken sie nur auf wachsende Populationen bakterizid. Ruhende Keime werden nicht abgetötet.

Alle Beta-Laktam-Antibiotika sind primär unwirksam gegen zellwandlose Bakterien (Mykoplasmen) und Erreger, die sich intrazellulär vermehren (z.B. Chlamydien und Legionellen). Darüber hinaus kann ihre Wirkung durch bestimmte bakterielle Enzyme (Betalaktamasen) abgeschwächt werden (siehe Resistenz). Bei einer hohen Bakterienkonzentration zeigen Beta-Lactam-Antibiotika eine reduzierte Wirkung, was als Eagle-Effekt bezeichnet wird.

Die klinische Wirksamkeit von Betalaktamantibiotika korreliert mit der nicht-proteingebundenen freien Wirkstoffkonzentration, welche die minimale Hemmkonzentration (MHK) überschreitet.

Zu den Beta-Laktam-Antibiotika zählt man folgende Substanzen:

• Penicilline
• Cephalosporine
• Monobactame
• Carbapeneme

Ebenfalls Beta-Laktame, aber ohne antibiotische Wirkung sind Betalaktamaseinhibitoren wie:

• Clavulansäure
• Sulbactam
• Tazobactam
• Avibactam

Einige Bakterien sind in der Lage ein Enzym namens Beta-Laktamase (z.B. Staphylokokken) zu bilden. Dieses Enzym spaltet den Beta-Laktam-Ring des Antibiotikums und inaktiviert es dadurch. Ist eine höhere Konzentration von Beta-Laktam-Antibiotikum vorhanden, wird auch das Enzym vermehrt gebildet. Um diese Resistenzentwicklung zu überlisten, sind Hemmstoffe der Beta-Laktamase (z.B. Clavulansäure) entwickelt worden, die bei gleichzeitiger Gabe mit dem Antibiotikum dessen Wirksamkeit erhöhen.

Carbapeneme und Monobactame sind weitgehend unempfindlich gegen herkömmliche Beta-Laktamasen, allerdings wurden kürzlich zunehmend Bakterienstämme beobachtet, die Carbapenemasen bilden.