استروپتومایسین

استرپتومایسین: آنتی‌ بیوتیکی انقلابی در پزشکی و کشاورزی

استرپتومایسین (Streptomycin) یکی از اولین آنتی‌ بیوتیک‌ های کشف‌ شده از گروه آمینوگلیکوزیدها است که از باکتری Streptomyces griseus استخراج می‌ شود. این دارو برای درمان عفونت‌ های باکتریایی مختلف، از جمله سل، استفاده می‌ شود و در فهرست داروهای ضروری سازمان بهداشت جهانی (WHO) قرار دارد. استرپتومایسین به عنوان یک مهارکننده سنتز پروتئین عمل می‌ کند و علیه باکتری‌ های گرم‌ مثبت و گرم‌ منفی مؤثر است. علاوه بر کاربردهای پزشکی، این ماده در کشاورزی نیز به عنوان یک باکتری‌ کش گیاهی (bactericide) برای کنترل بیماری‌ های باکتریایی گیاهان استفاده می‌ شود. پس می توان گفت که استروپتومایسین مانند اکسی تتراسایکلین، یک آنتی بیوتیک کشاورزی نیز است. کشف این ماده در دهه ۱۹۴۰ میلادی، تحول بزرگی در درمان بیماری‌ های عفونی ایجاد کرد، اما با چالش‌ هایی مانند مقاومت باکتریایی و عوارض جانبی همراه بوده است.

تاریخچه کشف و توسعه

استرپتومایسین برای اولین بار در ۱۹ اکتبر ۱۹۴۳ توسط آلبرت شاتز، دانشجوی دکترای آزمایشگاه سلمان آبراهام واکسمن در دانشگاه راتگرز، کشف شد. این پروژه با حمایت مالی شرکت مرک و شرکا انجام شد. واکسمن و تیمش چندین آنتی‌ بیوتیک دیگر نیز کشف کردند، اما استرپتومایسین اولین دارویی بود که علیه سل مؤثر بود. واکسمن در سال ۱۹۵۲ جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی را دریافت کرد، اما اختلافاتی بر سر اعتبار کشف وجود داشت. شاتز برای به رسمیت شناخته شدن و دریافت حقوق، شکایت کرد و در نهایت ۳ درصد از حقوق را دریافت کرد، در حالی که واکسمن ۱۰ درصد گرفت. الیزابت بوگی، یکی دیگر از اعضای تیم، نقش مهمی داشت اما در پتنت ذکر نشد.

ساختار شیمیایی و بیوسنتز

استرپتومایسین یک گلیکوزید آمینوسیکلیتول است که از استرپتیدین تشکیل شده و یک دی‌ ساکارید به موقعیت ۴ آن متصل است. فرمول شیمیایی آن C₂₁H₃₉N₇O₁₂ است. این ماده از باکتری Streptomyces griseus تولید می‌ شود. اما جزئیات دقیق بیوسنتز آن پیچیده است و شامل مسیرهای متابولیکی مختلفی می‌شود که منجر به سنتز اجزای استرپتیدین، استرپتوز و N-متیل-L-گلوکوزامین می‌ گردد.

مکانیسم عمل 

استرپتومایسین به عنوان یک مهارکننده سنتز پروتئین عمل می‌ کند. این دارو به طور برگشت‌ ناپذیر به زیر واحد کوچک ۱۶S rRNA در ریبوزوم ۳۰S باکتری متصل شده و مانع اتصال formyl-methionyl-tRNA می‌ گردد. این امر سبب خوانش نادرست کدون‌ ها، مهار سنتز پروتئین و در نهایت مرگ سلول باکتریایی می‌ شود. مکانیسم دقیق هنوز کاملاً شناخته‌ شده نیست، اما گمان می‌ رود که استرپتومایسین با اختلال در ارتباط زیر واحد ۳۰S با mRNA، کمپلکس ریبوزومی-mRNA ناپایداری ایجاد کند و سنتز پروتئین را زودرس متوقف نماید.

طیف فعالیت

استرپتومایسین یک آنتی‌ بیوتیک وسیع‌ الطیف است که علیه باکتری‌ های گرم‌ مثبت و گرم‌ منفی مؤثر است. این شامل گونه‌ هایی مانند Mycobacterium tuberculosis، Mycobacterium avium complex، Brucella، Yersinia pestis (عامل طاعون) و Francisella tularensis (عامل تولارمی) می‌ شود. با این حال، علیه باکتری‌ های بی‌ هوازی و قارچ‌ ها مؤثر نیست.

کاربردهای پزشکی استرپتومایسین 

در پزشکی، استرپتومایسین عمدتاً برای درمان سل مقاوم به چند دارو (MDR-TB) استفاده می‌ شود. این ترکیب اغلب با داروهایی مانند ایزونیازید، ریفامپیسین و پیرازینامید ترکیب می‌ شود. همچنین برای عفونت‌ هایی مانند اندوکاردیت، بروسلوز، عفونت بورخولدریا، طاعون، تولارمی و تب گزش موش کاربرد دارد. این دارو معمولاً از طریق تزریق عضلانی یا وریدی تجویز می‌ شود. در کشت سلولی، با پنی‌سیلین ترکیب شده تا از عفونت باکتریایی جلوگیری کند. همچنین در تصفیه پروتئین برای حذف اسیدهای نوکلئیک و ریبونوکلئوپروتئین‌ها کاربرد دارد.

استروپتومایسن یک باکتری‌ کش گیاهی

استرپتومایسین به عنوان یک آنتی‌ بیوتیک آمینوگلیکوزیدی، در کشاورزی عمدتاً برای کنترل بیماری‌ های باکتریایی در گیاهان استفاده می‌ شود. این ماده از باکتری Streptomyces griseus استخراج شده و به صورت فرمولاسیون‌ های کشاورزی مانند Agri-Mycin 50، Agri-Mycin 17، AS-50 و Firewall 17 WP در دسترس است. کاربرد آن به دلیل اثربخشی بالا در برابر باکتری‌ های گرم‌ منفی و گرم‌ مثبت خصوصا باکتری Erwinia amylovora، به ویژه در محصولات با ارزش اقتصادی بالا، رواج دارد.

با این حال، استفاده از استرپتومایسین در برخی کشورها مانند اتحادیه اروپا به دلیل نگرانی‌ های مربوط به مقاومت آنتی‌ بیوتیکی و اثرات زیست‌ محیطی محدود یا ممنوع است. در ایالات متحده، سازمان حفاظت محیط زیست (EPA) استفاده از آن را تنظیم می‌ کند و اخیراً (در سال ۲۰۲۳) دادگاه فدرال استفاده از آن روی مرکبات را به دلیل عدم رعایت قوانین گونه‌ های در معرض خطر لغو کرده، اما موجودی‌ های موجود مجاز به استفاده محدود هستند.

کاربردها در کشاورزی

استرپتومایسین برای چه بیماریهای گیاهی کاربرد دارد؟

استرپتومایسین به عنوان یک باکتری‌ کش (bactericide) برای پیشگیری و کنترل عفونت‌ های باکتریایی در مراحل مختلف رشد گیاه استفاده می‌ شود. کاربردهای اصلی آن عبارتند از:

محصولات کشاورزی و گیاهان هدف

• میوه‌ های هسته‌ دار و دانه دار

 مانند سیب، گلابی، آملانچیر (Amelanchier)، کوتوناستر (Cotoneaster)، پیراکانتا (Pyracantha). این محصولات بیشترین استفاده را دارند، به ویژه برای کنترل آتشک (fire blight) ناشی از Erwinia amylovora.

• سبزیجات و محصولات زراعی

 سیب‌ زمینی (برای soft rot و blackleg)، توتون (برای wildfire و blue mold)، سلری (bacterial blight، فقط در فلوریدا)، فلفل و گوجه‌ فرنگی (برای bacterial spot و bacterial speck)، لوبیا (برای halo blight، عمدتاً درمان بذر).

• گیاهان زینتی و گلخانه‌ ای

شامل بربریس (Berberis)، کارنیشن، فورسایتیا، ژرانیوم، پیچک (Hedera)، هیدرانژیا، ایمپاتیانس، هانی‌ ساکل (Lonicera)، فیلادلفوس، فیلودندرون، پوانستییا، رودبکیا، سالویا، syringa، ویبورنوم، کریسانتموم، کالالیلی، گلادیولوس، ارکیده، دیفن‌ باخیا و رز. برای کنترل بیماری‌ هایی مانند bacterial leaf spot، bacterial leaf rot، bacterial blight (ناشی از Pseudomonas spp. و Xanthomonas spp.)، bacterial wilt (Pseudomonas solanacearum)، leaf spot و soft rot (Erwinia spp.)، bacterial stem rot و crown gall.

• مرکبات

 قبلاً برای کنترل Huanglongbing (HLB یا citrus greening) ناشی از Candidatus Liberibacter asiaticus استفاده می‌ شد، اما اکنون محدود است.

• سایر کاربردها

 کنترل جلبک در حوضچه‌ های زینتی و آکواریوم‌ ها و در زنبورداری برای حفاظت از کندوها علیه بیماری‌ های brood.

بیماری‌ های کنترل‌ شده

• آتشک (fire blight) در درختان میوه.
• لکه‌ های باکتریایی (bacterial spot و speck) در سبزیجات.
• پوسیدگی نرم (soft rot)، سیاه‌ پا (blackleg)، wildfire، blue mold، bacterial blight، leaf spot، stem rot و crown gall در گیاهان زینتی.
• halo blight در لوبیا (برای درمان بذر).

روش‌ های کاربرد

• اسپری شاخ و برگ (foliar spray): برای پوشش گیاهان در مرحله گلدهی یا رشد، معمولاً با غلظت ۵۰-۲۰۰ ppm (بسته به محصول، مثلاً ۲۴-۴۸ اونس در هکتار برای سیب و گلابی).
• درمان بذر (seed treatment): خیساندن یا اسپری بذرها (مثل سیب‌زمینی یا لوبیا) با غلظت ۱۰۰-۲۰۰ ppm برای جلوگیری از عفونت سطحی.
• خیساندن cuttings یا bulbs: برای گیاهان زینتی مانند کریسانتموم، دیفن‌ باخیا، کالالیلی و گلادیولوس، با غلظت ۱۰۰-۲۰۰ ppm.
• درنچ پس از کاشت (post-plant drench): برای کنترل عفونت ریشه‌ ای در گیاهان زینتی.
• تزریق تنه (trunk injection): در برخی موارد برای مرکبات (قبلاً مجاز).
• زمان‌بندی: اغلب پیشگیرانه در مراحل حساس مانند گلدهی، و حداکثر ۲-۳ کاربرد متوالی برای جلوگیری از مقاومت. فاصله ورود مجدد (REI) معمولاً ۱۲ ساعت است و نباید کمتر از ۳۰ روز قبل از برداشت اعمال شود.

مقاومت آنتی‌ بیوتیکی استرپتومایسین

استفاده گسترده از استرپتومایسین، چه در پزشکی و چه در کشاورزی، منجر به توسعه سویه‌ های مقاوم شده است. مقاومت می‌ تواند از طریق جهش در ریبوزوم یا آنزیم‌ های غیرفعال‌ کننده ایجاد شود. در سل، مقاومت زودرس مشاهده شد و امروزه بخشی از درمان MDR-TB است. در کشاورزی، مقاومت در باکتری‌ هایی مانند Erwinia گزارش شده و می‌ تواند به پاتوژن‌ های انسانی منتقل شود.

احتیاط‌ ها و مدیریت مقاومت

• احتیاط‌ های زیست‌ محیطی: نباید نزدیک آب‌ های سطحی اعمال شود تا از آلودگی جلوگیری شود. بذرهای تیمار شده نباید برای خوراک یا غذا استفاده شوند.
• مدیریت مقاومت: استرپتومایسین گروه ۲۵ است و نباید بیش از دو کاربرد متوالی داشته باشد. باید با آنتی‌ بیوتیک‌ های دیگر مانند اکسی‌ تتراسایکلین (terramycin) یا کاسوگامایسین چرخشی استفاده شود تا از توسعه سویه‌ های مقاوم جلوگیری شود. در مناطقی با مقاومت شناخته‌ شده فقط یک بار در فصل استفاده شود.

ترکیباتی که نباید با استرپتومایسین مخلوط شوند

استرپتومایسین عموماً با بسیاری از fungicides و insecticides سازگار است (مانند محصولات Nufarm). اما برخی ترکیبات می‌ توانند جذب آن را مهار کرده، اثربخشی را کاهش داده یا باعث فیتوتوکسیسیته (آسیب به گیاه) شوند. بر اساس مطالعات، استروپتومایسین:

• ناسازگار با:
  • Bordeaux mixture (مخلوط بوردو، که حاوی مس و آهک است) – نباید بعد از آن اعمال شود.
  • Lime sulfur (گوگرد آهکی) – ناسازگار مستقیم.
  • برخی fungicides مانند captan، zineb، dodine، Polybor (پلی‌ بور).
  • حشره‌ کش‌ هایی مانند endrin که جذب استرپتومایسین را در برگ‌ ها مهار می‌ کنند.

استرپتومایسین نباید با بیوپستی‌ سایدها (biologicals) مخلوط شود. زیرا می‌ تواند اثربخشی آنها را کاهش دهد. همچنین، در برخی موارد نباید با terramycin (اکسی‌تتراسایکلین) در تانک مخلوط شود، هرچند گاهی برای مدیریت مقاومت ترکیب می‌ شوند. همیشه برچسب محصول را چک کنید و تست سازگاری (jar test) انجام دهید.