Cuando se trata de elegir entre los antibióticos de investigación comunes, existen algunas pautas que pueden ayudarte a tomar una decisión. El factor decisivo más importante depende de lo que estés seleccionando y qué antibióticos serán efectivos en todas las células, excluyendo las células que deseas mantener. En este artículo, discutiré los conceptos básicos de los antibióticos comunes, incluidos sus mecanismos de acción, cuándo cada antibiótico será más útil y qué sustituciones se pueden hacer para ciertos antibióticos.
Ampicilina vs. Carbenicilina
La ampicilina y la carbenicilina son antibióticos semisintéticos de la clase betalactámicos. Esta clase de antibióticos es de amplio espectro y puede reconocerlos porque contienen un anillo betalactámico en sus estructuras moleculares. Todos los derivados de penicilina, cefalosporinas, carbapenémicos y monobactámicos se incluyen en esta clase. La mayoría de los antibióticos betalactámicos funcionan inhibiendo la síntesis de la pared celular mediante la unión del anillo betalactámico a las proteínas de unión a penicilina. La pared celular se vuelve inestable y se lisa o rompe. La resistencia a esta clase de antibióticos se confiere a través de las betalactamasas, que son enzimas producidas por ciertas bacterias que causan la destrucción del anillo betalactámico funcional.
La ampicilina es uno de los betalactámicos de amplio espectro más utilizados y se compone de un anillo de tiazolidina y una cadena lateral que está unida al anillo de betalactámicos. Se utiliza para seleccionar bacterias resistentes en experimentos de selección. La ampicilina se descompone con bastante rapidez, por lo que es importante usar cajas petri conteniendo ampicilina dentro de las cuatro semanas para una actividad máxima. También pueden aparecer colonias satélite cuando se usa ampicilina.
La carbenicilina se diferencia de la ampicilina porque contiene un grupo bencilo y un grupo carboxilo. Recuerda que este antibiótico tiene el mismo mecanismo de acción que la ampicilina ya que ambos son antibióticos betalactámicos. Sin embargo, la carbenicilina es más estable que la ampicilina en los medios de crecimiento porque tiene una mejor tolerancia al calor y la acidez. Esto hace que la carbenicilina sea más eficaz que la ampicilina cuando se utiliza en experimentos de cultivo a gran escala. Al comparar la eficacia de los dos antibióticos, la carbenicilina se ha asociado con la formación de menos colonias satélites que la ampicilina, no solo porque es más estable, sino también porque es menos susceptible a la inactivación por las enzimas betalactamasas.
En resumen: Ambos antibióticos son útiles para experimentos de selección de procariotas. En función del precio, generalmente se prefiere la ampicilina a menos que se esté trabajando con experimentos que requieren más estabilidad, como cultivos de crecimiento a gran escala para la reducción de colonias satélite en las que le gustaría usar carbenicilina. También es importante considerar el precio como un factor. Si bien la carbenicilina suele costar de dos a cuatro veces el precio de la ampicilina, comprar cualquiera de los antibióticos de investigación a través de GoldBio puede reducir significativamente el gasto.
Cefotaxima vs. Vancomicina
La cefotaxima es un antibiótico cefalosporina de tercera generación que actúa inhibiendo la síntesis de la pared celular de manera similar a otros antibióticos betalactámicos. Le resultará de gran utilidad en experimentos de selección de procariotas y para eliminar Agrobacterium tumefaciens en experimentos de transformación de plantas porque es la única cefalosporina que no es muy tóxica para las plantas a altas concentraciones. Es importante tener en cuenta que la cefotaxima y otros antibióticos tipo cefalosporina de tercera generación son eficaces contra las bacterias gram-negativas.
La vancomicina es un antibiótico glicopéptido que se usa comúnmente en el cultivo de tejidos vegetales. Funciona mediante la unión de hidrógeno al extremo C-terminal D-alanil-D-alanina del péptido bacteriano que previene la síntesis de la pared celular. Si bien la vancomicina es similar a la cefotaxima en que tiene una baja toxicidad en las plantas, se diferencia porque es eficaz contra los organismos gram-positivos en lugar de contra los gram-negativos.
En resumen: la cefotaxima y la vancomicina se utilizan en cultivos de tejidos vegetales. Sin embargo, la cefotaxima es eficaz para eliminar las bacterias gram-negativas mientras que la vancomicina es eficaz para eliminar las bacterias gram-positivas.
Gentamicina vs. Estreptomicina vs. Espectinomicina
La gentamicina, la estreptomicina y la espectinomicina son antibióticos aminoglucósidos que funcionan uniendo subunidades ribosómicas e inhibiendo la síntesis de proteínas. Esto conduce a la formación de una membrana celular bacteriana que funciona incorrectamente.
En investigación, la gentamicina se usa típicamente para prevenir la contaminación de cultivos estériles porque tiene un amplio espectro de actividad y tiene una alta estabilidad cuando se coloca a altas temperaturas durante el autoclave. La gentamicina también se usa para tratar la contaminación por micobacterias en cultivos celulares.
La estreptomicina también se usa de manera similar a la gentamicina en cultivos celulares. Ambos son solubles en agua e inhiben la subunidad ribosómica 30s. Sin embargo, la gentamicina es eficaz contra las bacterias gram-positivas y gram-negativas, mientras que la estreptomicina es eficaz contra las bacterias gram-negativas con solo algo de actividad contra las gram-positivas. La gentamicina se usa típicamente en concentraciones menores que la estreptomicina.
Cuando se combina con penicilina, un antibiótico betalactámico, la combinación estreptomicina-penicilina es un inhibidor eficaz de la infección bacteriana en cultivo celular.
La espectinomicina es un antibiótico aminoglucósido aminociclitol, lo que significa que está compuesto por un anillo de carbono y grupos funcionales amina. La resistencia a la espectinomicina se confiere de una de estas dos formas: la primera es a través de una mutación rpsE que evita que el antibiótico se una a la subunidad ribosómica. El segundo medio de resistencia es a través del gen aadA que codifica la enzima aminoglucósido-3'-adeniltransferasa que puede hacer que las bacterias sean resistentes a la espectinomicina.
La espectinomicina se utiliza para experimentos de selección de plantas que contienen el gen Spcr, así como para experimentos que implican la inhibición de la síntesis de proteínas. Un ejemplo sería un experimento que implica la inhibición de la actividad ribosómica natural cuando están presentes ribosomas ortogonales.
En resumen: en comparación con la estreptomicina combinada con penicilina, la gentamicina sigue siendo mucho más estable a pH bajo y más eficaz para controlar el crecimiento bacteriano en cultivos de tejidos. La estreptomicina también se puede sustituir por espectinomicina en algunos casos y proporciona más estabilidad, pero cuando no se requiere una mayor estabilidad, se debe usar estreptomicina ya que es mucho más rentable.
G418 vs. Neomicina vs. Kanamicina vs. Higromicina
G418, higromicina, kanamicina y neomicina son todos miembros de la clase de antibióticos aminoglucósidos. Por lo general, son eficaces en la eliminación de organismos gram-negativos aeróbicos mediante la inhibición de la síntesis de proteínas.
G418 inhibe la síntesis de proteínas en bacterias, hongos y una variedad de otros organismos susceptibles como protozoos y algunas células de plantas y mamíferos. Funciona inhibiendo la subunidad ribosómica 80s y bloqueando la síntesis de proteínas. G418 se considera el antibiótico estándar utilizado para experimentos de selección eucariota. La resistencia a este antibiótico se confiere a través de genes de resistencia a neomicina.
La neomicina se dirige a las células procariotas que no expresan los genes de la aminoglucósido fosfotransferasa de resistencia a la neomicina. Estos genes suelen ser utilizados por biólogos moleculares en plásmidos de ADN para expresar proteínas clonadas en cultivos celulares porque los genes neo son marcadores de selección. Tanto la neomicina como el G418 se dirigirán a las células que no contienen estos genes y serán eliminadas. En general, la neomicina se usa en experimentos con células procariotas, mientras que G418 se usa en experimentos con eucariotas.
La kanamicina es un antibiótico aminoglucósido que funciona inhibiendo la translocación del ribosoma, lo que conduce a una mala traducción. Por lo general, se usa para aislar bacterias que se han transformado con plásmidos que contienen genes de resistencia a la kanamicina. La resistencia a este antimicrobiano es a través de la enzima aminoglucósido fosfotransferasa KanR-Tn5, que inhibe su asociación con los ribosomas bacterianos.
La higromicina también inhibe la síntesis de proteínas en una variedad de organismos que incluyen bacterias y hongos. La función de la higromicina varía ligeramente de G418 porque la higromicina interfiere con la translocación y causa una mala traducción de la subunidad ribosómica 80s, lo que inhibe la síntesis de proteínas. Esta diferencia en el mecanismo de acción de G418 hace que la higromicina sea más útil en experimentos de selección dual donde también se usa otro antibiótico de selección. Cuando los antibióticos tienen diferentes mecanismos de acción, la resistencia se confiere a diferentes métodos haciendo posible un proceso de selección posterior.
En resumen: usa G418 para experimentos de selección única en células eucariotas. Utilice neomicina o kanamicina para experimentos de selección única en células procarióticas en las que selecciones genes de resistencia a neomicina. Debe usarse kanamicina sobre neomicina si es necesaria la eliminación de la especie Mycoplasma del cultivo. La higromicina se puede usar para experimentos de selección dual y en la selección de genes de resistencia a higromicina tanto en células procariotas como eucariotas.
Puromicina
La puromicina es un antibiótico aminonucleósido que inhibe la transferencia de peptidilo en los ribosomas y también causa la terminación prematura de la cadena. Esto conduce a la inhibición de la síntesis de proteínas. Este antibiótico es tóxico contra las células procariotas y eucariotas. La resistencia se confiere a través del gen pac, que codifica la puromicina N-acetiltransferasa. La puromicina debe usarse para seleccionar líneas celulares que portan el gen de resistencia a pac, pero también se puede usar para algunos experimentos de selección de E. coli si se han transformado con plásmidos que portan el gen de resistencia a pac.
En resumen: la puromicina debe usarse para seleccionar levaduras y bacterias, especialmente E. coli, que confieren el gen de resistencia pac.
Cloramfenicol
El cloramfenicol es un antibiótico que se une de forma reversible a la subunidad ribosómica 50s, lo que provoca la inhibición de la síntesis de proteínas en bacterias susceptibles. En biología molecular, el cloramfenicol se utiliza para seleccionar líneas de células bacterianas que confieren resistencia a este antimicrobiano a través de la enzima cloramfenicol acetiltransferasa. Es importante que tenga en cuenta que este antibiótico sólo es soluble en etanol y agua, lo que puede ser tóxico para las células y dificultar su crecimiento en cajas Petri conteniendo cloramfenicol. A pesar del riesgo de toxicidad, el cloramfenicol sigue siendo ideal para su uso en la selección de bacterias resistentes y en otros ensayos de cloramfenicol acetiltransferasa.
En resumen: usa este antibiótico para la selección de bacterias resistentes con el fin de estudiar la regulación génica mediante el ensayo CAT y para estudiar la porción de peptidiltransferasa de los ribosomas bacterianos.
Nourseotricina
Nourseotricina es un antibiótico aminoglucósido estreptotricina. Este antibiótico provoca una codificación incorrecta y conduce a la inhibición de la síntesis de proteínas. Por lo general, se usa para seleccionar una variedad de organismos que incluyen bacterias, hongos y células vegetales. La resistencia se confiere a través del gen de la nourseotricina N-acetiltransferasa (NAT), que inactiva la porción beta-lisina de la nourseotricina mediante la acetilación del grupo beta-amino. Este antibiótico es útil en la selección de células que se han transformado para incluir este gen de resistencia.
En resumen: debes usar nourseotricina para seleccionar organismos que expresen el gen NAT. No hay reactividad cruzada con otros antibióticos aminoglucósidos.
Con esta guía, puedes decidir de manera eficaz qué antibióticos son adecuados para tu experimento. Recuerda tener en cuenta los genes que deseas seleccionar, qué espectro de actividad tiene cada antibiótico y la estabilidad relativa de un antibiótico en comparación con antibióticos similares que pueden usarse como sustituciones.
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Escrito por: Rebecca Talley
Traducido por: Adriana Gallego, Ph.D.