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AppliCations No.16 Antibiotika & Antimykotika ­ in Life Sciences Antibiotika und Antimykotika sind ursprünglich im Laufe der Evolution entstandene Naturstoffe, die von Mikroorganismen gegen ihre Feinde oder Konkurrenten eingesetzt werden. Wenn sie den Gegner nicht gleich umbringen (bakterizid, fungizid), dann wirken sie doch wenigstens hemmend auf Zellteilung oder Wachstum (bakteriostatisch, fungistatisch). Inzwischen werden Substanzen mit solch einer Wirkung auch synthetisch hergestellt oder zum Beispiel aus Pflanzen isoliert. Den medizinisch exakten Definitionen wollen wir hier aber nicht folgen - es kämen entsprechend auch die Chemotherapeutika ins Spiel - , denn es geht hier nur um den Einsatz im biologischen Experiment. Keywords Selektionsmarker Wirkungsmechanismus Löslichkeit Arbeitskonzentration Antibiotikum Antimykotikum Einleitung Antibiotika und Antimykotika sind zu einem der wichtigsten Werkzeuge in der Molekular- und Zellbiologie geworden. Aufgrund der sehr unterschiedlichen chemischen Beschaffenheit und Strukturen und den vielfältigen Wirkungsmechanismen auf Mikroorganismen (Prokaryonten) und höhere Organismen (Eukaryonten), sind entsprechend die Einsatzgebiete sehr variable. In der Steriltechnik, wie der Zellkultur und verschiedenen mikrobiologischen Anwendungen, wird das Wachstum von Mikroorganismen in flüssigen Nährmedien bzw. festen Nährböden verhindert. Die dafür am häufigsten eingesetzten Substanzen sind Ampicillin, Streptomycin und Penicillin. Falls trotz der Zugabe von Antibiotika ein Befall durch Mikroor­ ganismen auftritt, werden zusätzliche Massnahmen erforderlich, zum Beispiel der Einsatz von Ciprofloxacin gegen Mykoplasmen oder Nystatin gegen Pilze und Hefen. Da Nährmedien in der Regel bei erhöhten Temperaturen inkubiert werden, Zellkulturen und mikrobiologische Kulturen typischer Weise bei 37°C, muss die sinkende chemische Stabilität der zugesetzten Antibiotika und Antimykotika beachtet werden. In der Molekularbiologie wurden verschiedene Antibiotika in Kombination mit entsprechenden Resistenzgenen als Selek­ tionsmarker etabliert. Wird das Resistenzgen auf einem Plasmid durch Transformation oder Transfektion in die Zielzelle eingebracht, kann die Zelle in Medien kultiviert werden, die ein entsprechendes Antibiotikum enthalten, während die Zellen, die das Resistenzgen nicht erfolgreich aufgenommen haben absterben oder gehemmt werden. Für Selektionszwecke werden meist Ampicillin, G418 und Neomycin eingesetzt. In der Zellbiologie und Biochemie werden zur Untersuchung von Stoffwechselprozessen bzw. an Stoffwechselprozessen beteiligte Komponenten ebenfalls Antibiotika eingesetzt, so zum Beispiel die Kanal-bildenden Substanzen A23187 oder Ionomycin, die gezielt den Ein- und Austritt von Ionen aus Zellen ermöglichen. Desweiteren konnte von vielen Proteinen / Enzymen deren Funktionsweise oder Bedeutung im Stoffwechsel untersucht werden, da die Antibiotika und Antimykotika meist hoch spezifisch an ihre Zielmoleküle binden und die Aktivität hemmen oder modifizieren. Betroffen sind z. B. die Integrität von Biomembranen, die Proteinsynthese, die Nukleinsäure-Synthese (DNA und RNA), die Synthese von Zellwandbestandteilen, Enzym-Hemmung verschiedener Stoffwechselprozesse, usw. ProduktNr. Bezeichnung Zielorganismen Wirkungsmechanismus empfohlene Konzentration Stammlösung A2110 A23187 ­(Calcimycin) grampositive Bakterien, Pilze Ionophor (Klasse: carboxylischer Transporter) für zweiwertige Kationen (Mn>>Ca>Mg>Sr>Ba) 0,1 – 10 µM 15 – 100 mM in DMSO oder MeOH bei +4 °C bis –20 °C ­lichtgeschützt lagern A1489 Actinomycin D Zytostatikum Peptid-Antibiotikum; lagert sich an GC-Basenpaare der DNA an (Interkalator), blockt Transkription durch RNA-Polymerase 0,04 – 50 µg/ml 5 mg/ml in MeOH/EtOH ­­ bei +4 °C lagern A1907 Amphotericin B Sproßpilze, biphasische Pilze, Schimmelpilze, Dermatophyten bindet an Sterole mit planarer Struktur und stört dadurch die Permeabilität der Zellmembran 0,25 µg/ml,­ >3 µg/ml fungizid 30 – 40 mg/ml in DMSO A0839 Ampicillin-­ Natriumsalz grampositive, -negative Keime, Enterokokken hemmt die Transpeptidierung (Zellwandsynthese) in wachsenden Bakterien 20 – 60 µg/ml 50 mg/ml in H2O bei –20 °C lagern A7680 Amoxicillin -­Trihydrat grampositive, -negative Keime, Enterobakterien β-Lactam-Antibiotikum; hemmt die Transpeptidierung (Zellwandsynthese) in wachsenden Bakterien A7650 Anisomycin Protozoen hemmt die Proteinsynthese durch Blockade ­ der Peptidyltransferase je nach Anwendung 50 ng/ml bis 1 µg/ml, aber auch 10 bis 50 µg/ml 100 µg/ml in DMSO; bei 2 – 8 °C lagern A7682 Apramycinsulfat Bakterien interagiert mit A-Stellen-spezifischen Basen der 16S rRNA, hemmt die Translokation in der Proteinsynthese 25 bis 50 µg/ml als Selektionsmarker 1 – 50 mg/ml in H2O A0623 Bacitracin grampositive ­ Bakterien u ­ nd Kokken hemmt die Zellwandsynthese durch Bindung an Bactoprenylpyrophosphat; auch als genereller Protease-Inhibitor eingesetzt 1 mg/ml bis 1 g/ml in H20 ­ oder Alkoholen A3784 Blasticidin SHydrochlorid Prokaryonten, ­Eukaryonten hemmt Proteinsynthese durch Verhinderung ­ der Bildung der Peptidbindung 3 – 100 μg/ml 50 mg/ml in H2O oder Puffern ­ bei +4 °C bis –20 °C lagern A3773 Bleomycinsulfat grampositive Bakterien uns, -negative Bakterien, Pilze, zytotoxisch Peptid-Antibiotikum; antineoplastisch; hemmt die DNA-Synthese; spaltet einzelsträngige DNA 0,1 – 50 µg/ml A2138 Brefeldin A Hefen, gramnegative ­Bakterien, Eukary­ onten, Viren Lacton-Antibiotikum; hemmt den intrazellulären ­Proteintransport und die Sekretion von Proteinen; Zerfall des Golgi-Apparates 1 – 5 µM oder ­ 0,1 – 10 µg/ml 1 – 20 mM oder 10 mg/ml in MeOH­bei –20 °C lagern A3780 Canavaninsulfat Hefe Arginin-Analogon 60 µg/ml 6 mg/ml in H2O, Filter-sterilisiert ­ bei –20 °C lagern A1491 Carbenicillin Dinatriumsalz gramnegative Keime, Enterokokken hemmt die Transpeptidierung (Zellwandsynthese) ­ in wachsenden Bakterien 20 – 60 µg/ml 50 mg/ml in H2O/MeOH 1:1 ­ bei –20 °C lagern A7638 Cerulenin Mykobakterien, ­Bakterien, Pilze hemmt die Sterol- und Fettsäure-Biosynthese in verschiedenen Prokaryonten und Eukaryonten; nicht-kompetitive Hemmung der β-KetoacylSynthase-Aktivität der Fettsäuresynthase (FAS) 2,5 – 15 µg/ml 5 mg/ml in DMSO ­oder EtOH A1806 Chloramphenicol grampositive Kokken und Bakterien, gram­ negative Bakterien Anlagerung an 50 S-Ribosomen-Untereinheit von Prokaryonten; hemmt Bildung der Peptidbindungen 20 – 170 μg/ml 10 oder 34 mg/ml in EtOH bei –20 °C lagern A3785 Chlorhexidin­ diacetat · H2O mykobakterizid, ­bakterizid, fungizid Interaktion mit Zellmembran-Komponenten 10 – 100 μg/ml Bakterien; 100 – 1000 μg/ mlHefen bis zu 1,9 g/100 ml H2O A1946 ChlortetracyclinHydrochlorid grampositive, gramnegative Kokken u ­ nd Bakterien, Actinomyceten Hemmung des Übertragungsmechanismus der aktivierten, tRNA-gebundenen Aminosäuren auf die wachsende Polypeptidkette 10 μg/ml bis 8 mg/ml in H2O A7632 Chromomycin A3 antibakteriell, ­antineoplastisch Hemmung der RNA-Synthese ­ durch Bindung an GC-Paare der DNA A4589 Ciprofloxacin die meisten grampositiven, -negativen Bak­ terien, Mykoplasmen Hemmung der Topoisomerase II (Gyrase) ~1 µg/ml 40 mg/ml in H2O (pH 4 – 5) A7631 Ciprofloxacin Hydrochlorid s. o. s. o. ~1 µg/ml 40 mg/ml in H2O (pH 4 – 5) A2922 Colistinsulfat gramnegative Bakterien - auch nicht proliferierende Keime Interaktion mit Phospholipid-Komponenten der bakt. Zellmembran; verändert Permeabilität der Membran und führt zu Efflux essentieller ­Plasmabestandteile 0,5 – 100 µg/ml > 1 mg/ml wasserlöslich A0879 Cycloheximid (Actidion) Pilze, Eukaryonten Anlagerung an die 80 S-Ribosomen eukaryontischer Zellen; hemmt Bildung der Peptidbindungen 10 µg/ml 10 mg/ml A1943 D-Cycloserin grampositive stärker als gramnegative Bakterien; versch. Protozoen, ­Spirochäten, Rickettsien kompetitiver Antagonist von D-Alanin; Hemmung der Enzyme Alanin-Razemase, ­Alanin-Synthetase und ­verschiedene Transaminasen; führt zu ­Zellwandschäden 200 µg/ml 10 – 100 mg/ml in H2O oder 0,1 M Natriumphosphat-Puffer pH 8 (stabiler im alkalischen pHBereich); Empfehlung: Lösung vor Gebrauch frisch ansetzen! max. 4 mg/ml in ­Wasser; 7,5 mg/ ml in MeOH; 3,4 mg/ml in EtOH DMSO, Ethylacetat, MeOH; ­lichtgeschützt bei 2 – 8 °C ProduktNr. Bezeichnung Zielorganismen Wirkungsmechanismus empfohlene Konzentration Stammlösung A2268 Deoxynojirimycin · HCl antiviral spezifischer Glucosidase-Inhibitor 1 – 5 mM 100 mM in H2O; bei +4 °C lagern A2275 Erythromycin freie Base grampositive Keime, ­Mykoplasmen hemmt Proteinbiosynthese (Transfer der ­aktivierten Aminosäuren auf die wachsende­ Peptidkette) bei proliferierenden Keimen 0,1 – 0,7 µg/ml Alkohole, Aceton, Chloro­form, bis 2 mg/ml in H2O bei pH 9 A2167 G418 - Disulfat toxisch für Bakterien, Hefe, höhere Pflanzen, Protozoa, Säugerzellen Aminoglycosid-Antibiotikum 50 – 1000 µg/ml (oft 0,4 – 1 mg/ml) 2 mg/ml in H2O oder Medium; pH auf 7,4 einstellen; ­bei +4 °C lagern A2202 Genistein Isoflavonoid, Antitumor-Aktivität ­­ in Gewebekultur kompetitiver Inhibitor der ATP-Bindung an ­Tyrosinkinasen; hemmt Topoisomerase II 10 – 100 µg/ml oder 50 – 300 µM 100 mg/ml DMSO (100 – 500 mM); bei –20 °C lagern A1492 Gentamycinsulfat grampositive und gram­negative Keime hemmt Proteinsynthese durch Anlagerung ­an das L6-Protein der 50S ribosomalen Untereinheit 15 – 50 µg/ml 10 – 20 mg/ml ­ in Wasser, Formamid A2170 Gramicidin grampositive Bakterien, eukaryontische Zellen Polypeptid-Antibiotikum aus mehreren ­ Isoformen; bildet Kanal (H>Rb>NH4>K>Na>Li) - bildet Suspension in H2O; löslich in niederen Alkoholen (10 mg/ml MeOH), DMSO A2173 N-Hydroxy­ harnstoff E. coli, antineoplastisch hemmt die Proteinsynthese in Prokaryonten und Eukaryonten; hemmt den Translationsschritt an 70 S Ribosomen und verursacht Lesefehler der mRNA 50 µM – 1 mM 1 M in H2O, bei +4 °C lagern A5347 Hygromycin B Mykoplasmen, eukaryontische und prokaryontische Zellen hemmt die Proteinsynthese durch Abbruch der ­Translokation und verursacht Lesefehler 10 – 400 µg/ml 400 mg/ml in H2O oder Puffer; bei –20 °C lagern A2175 Hygromycin B Lösung s. o. s. o. 10 – 400 µg/ml ca. 41 mg/ml in H2O; bei –20 °C lagern A2177 Ionomycin ­Calciumsalz grampositive Bakterien Calcium-Ionophor (selektiver als A23187) - Aceton, Hexan, ­­­ Chloroform, DMSO A1304 Ionomycin freie Säure s. o. s. o. 1 – 3 µM 1 mM DMSO, MeOH; bei +4 °C lichtgeschützt oder –20 °C lagern A1493 Kanamycinsulfat grampositive, -negative Kokken & Bakterien hemmt die Proteinsynthese (Translokation) 10 – 100 g/ml 10 mg/ml in H2O ­ bei –20 °C lagern A2189 Mithramycin A grampositive Bakterien, Antitumor-Aktivität ­(cytotoxisch) bindet spezifisch an doppelsträngige DNA; hemmt die Transkription 5 – 100 µg/ml wässrige Lösung A2190 Mitomycin C grampositive ­Bakterien, einige Viren, ­Zytostatikum kovalente Bindung an DNA, Vernetzung komplementärer DNA-Stränge; führt zu Strangbrüchen 10 µg/ml 0,2 mg/1 ml PBS; s­ terilfiltriert bis 6 ­Monate bei –20 °C lagern A5222 Myco-1 grampositive Bakterien, Mykoplasmen basiert auf Tiamulin 10 µg/ml 100X Stammlösung; bei –20 °C lagern A5233 Myco-2 grampositive, -negative Bakterien, ­Mykoplasmen basiert auf Minocyclin 5 µg/ml 100X Stammlösung; bei –20 °C lagern A5240 Myco-3 die meisten grampo­ sitiven, -negativen Bakterien, Mykoplasmen basiert auf Ciprofloxacin ~1 µg/ml 100X Stammlösung; bei –20 °C lagern A8366 Myco-4 Mykoplasmen Mischung von Antibiotikum und Reagenz, das die Membranintegrität von Mykoplasmen stört A1894 Nalidixinsäure gramnegative Kokken und Bakterien hemmt spezifisch die DNA-Replikation ­ in Prokaryonten (DNA-Gyrase) 15 μg/ml CHCl3, Toluol, 5 – 10 mg/ml ­­ in 0,1 N NaOH (pH 11) A2198 Neomycinsulfat grampositive, ­ -negative Bakterien hemmt z.T. Phospholipasen, hemmt das Splicing, bindet an 30S ribosomale Untereinheit, hemmt bakterielle Proteinsynthese 50 μg/ml Wasser A7671 Nigericin ­Natriumsalz Ionophor für K /H -Austausch; 2+ stimuliert Ca -Freisetzung aus Mitochondrien 1 – 10 µM 1 mg/ml in EtOH, C ­ hloroform, bei 2 – 8 °C lagern A1944 Novobiocin Natriumsalz grampositive Bakterien und Kokken, gram­ negative Kokken Hemmung der Initiation der DNA-Synthese, ­kompetiert mit der ATP-Bindung an die ­DNA-Gyrase 1 – 5 μg/ml (z.T. auch bis 50 μg/ml) 100 mg/ml H2O (pH 7,5) A3811 Nystatin ­Dihydrat Hefe, Pilze Polyen-Makrolid; interagiert mit Sterolen der ­Zellmembran; verändert Permeabilität 20 – 50 µg/ml < 100 mg/ml H2O, gut löslich in DMF, DMSO A7673 Oligomycin A5257 Oxytetracyclin Hydrochlorid grampositive, gram­ negative Kokken & Bakterien, Mykoplasmen hemmt die Proteinsynthese durch Verhinderung der Bindung der Aminoacyl-tRNA an die A-Stelle ­ im Ribosom 5 – 10 µg/ml (bei 35 µg/ml zytotoxisch auf Zellkulturen) bis 1 g/ml in H2O (im sauren pH-Bereich von 1 – 2,5 stabiler!) A7699 Paromomycinsulfat antibakteriell, ­antiamöbisch hemmt die Translokation an Ribosomen 10 – 150 µg/ml 250 – 500 mg/ml in H2O (bei pH 6 – 8 stabil), lagern bei 2 – 8 °C + + bei 2 – 8 °C lagern Inhibitor der oxidativen Phosphorylierung der Mitochondrien 10 mg/ml in EtOH, bei –20 °C lagern ProduktNr. Bezeichnung Zielorganismen Wirkungsmechanismus empfohlene Konzentration Stammlösung A1837 Penicillin G ­Kaliumsalz grampositive Kokken und Bakterien, gram­ negative Kokken, Actinomyceten, Spirochäten irreversible Interaktion mit der Transpeptidase; Hemmung der Zellwandsynthese 50 – 100 µg/ml oder 20 – 50 U/ml Wasser A0890 Polymyxin B Sulfat gramnegative ­Bakterien – auch nicht proliferierende Keime Interaktion mit Phospholipid-Komponenten der bakteriellen Zellmembran; verändert Permeabilität der Membran und führt zu Efflux essentieller Plasmabestandteile 50 µg/ml 25 mg/ml H2O, MeOH A2856 Puromycin ­Dihydrochlorid grampositive ­Bakterien, verschiedene ­Eukaryonten Analogon des endständigen Aminoacyladenosin-­ Anteiles von Tyrosyl-tRNA; bindet statt AminoacyltRNA an Ribosomen; Abbruch der Proteinsynthese 10 – 100 µM 100 mM in H2O; bei –20 °C lagern A2220 Rifampicin Prokaryonten, Eukaryonten (hohe Dosis) hemmt die RNA-Synthese durch Bindung an die b-Untereinheit der RNA-Polymerase 150 µg/ml 34 mg/ml ­in DMSO, MeOH A3834 Spectinomycin 2HCl · 5H2O aerobe gramnegative, ­-positive Bakterien und Mykoplasma-Spezies Aminoglycosid-Antibiotikum; bakteriostatisch; hemmt die Translokation der Peptidyl-tRNA von der A- zur P-Stelle 100 µg/ml 10 mg/ml in H2O, ­MeOH, DMSO A7626 Staurosporin antifungal, nicht antibakteriell zellpermeabler Inhibitor verschiedener Kinasen 10 – 200 nM 1 mM in DMSO, MeOH, EtOH; lichtgeschützt ­bei –20 °C lagern A4272 Streptozotocin Analogon zu N-Acetylglucosamin; erzeugt freie Radikale 50 – 100 µg/ml H2O, niedrige Alkohole A1685 Tetracyclin Base grampositive, gram­ negative Kokken ­ & Bakterien hemmt die Proteinsynthese durch Verhinderung der Bindung der Aminoacyl-tRNA an die A-Stelle im Ribosom 10 – 50 µg/ml (Stammlösung 1:1000 verd.) 5 – 12,5 mg/ml in 50 – 70 %igem EtOH A2228 Tetracyclin ­Hydrochlorid s. o. s. o. 12 µg/ml ca. 12 mg/ml in H2O A2242 Tunicamycin grampositive Bakterien, Hefen, Pilze, Viren hemmt die GlcNAc-1P-Transferase (Verknüpfung Fettsäure:Saccharid) 0,1 – 5 µg/ml 10 µg/ml in 0,05 M NaOH ­ bei –20 °C lagern A2238 Valinomycin grampositive Bakterien, eukaryontische Zellen Ionophor (Klasse: neutraler Transporter) für einwertige Ionen (Rb>K>>NH4>Na>Li) 1 – 20 µM 1 – 10 mM in EtOH, DMSO; bei RT lagern A1839 Vancomycin Hydrochlorid bakteriostatisch und bakterizid gegen grampositive Kokken und Bakterien amphoteres Glycopeptid-Antibiotikum; bindet an bakterielle Zellwand-Vorstufen ­(Peptidoglycane) 1 – 25 µg/ml wasserlöslich mit ­ ›100 mg/ml Die in dieser Tabelle angegebenen Werte und Konzentrationen sind nur als Empfehlungen zu verstehen. Sie wurden überwiegend der Fachliteratur und eigenen Erfahr­ ungen entnommen. Das individuelle Experiment kann aber andere Konzentrationen oder Lösungsmittel erforderlich machen. AppliChem bietet mehr Antibiotika und Antimykotika an, als in dieser Tabelle aufgelistet. Sie finden die jeweils aktuellen Produkte auf unserer Internetseite, wenn Sie die entsprechende Kategorie in der „Produktsuche“ auswählen. AppliChem GmbH | Ottoweg 4 | D-64291 Darmstadt | Phone +49 6151 93 57-0 | Fax +49 6151 93 57-11 | eMail [email protected] | Internet www.applichem.com A134,D;201106 4t Matthes + Traut · Darmstadt
