مضاد للميكروبات

تُستخدم المضادات الحيوية لعلاج العدوى البكتيرية . تُصنف المضادات الحيوية عمومًا إلى بيتا لاكتام ، وماكروليدات ، وكينولونات ، وتتراسيكلينات ، وأمينوغليكوزيدات . يعتمد تصنيفها ضمن هذه الفئات على طيفها المضاد للميكروبات، وديناميكيتها الدوائية، وتركيبها الكيميائي. ^{[ 10 ]} قد يؤدي الاستخدام المطول لبعض المضادات الحيوية إلى انخفاض عدد البكتيريا المعوية ، مما قد يؤثر سلبًا على الصحة . قد يساعد تناول البروبيوتيك واتباع نظام غذائي صحي على استعادة البكتيريا المعوية المفقودة . مع ذلك، يمكن النظر في زراعة البراز للمرضى الذين يواجهون صعوبة في التعافي من العلاج المطول بالمضادات الحيوية، مثل حالات عدوى المطثية العسيرة المتكررة . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

ساهم اكتشاف المضادات الحيوية وتطويرها واستخدامها خلال القرن العشرين في خفض معدل الوفيات الناجمة عن العدوى البكتيرية. بدأ عصر المضادات الحيوية بالتطبيق العلاجي لأدوية السلفوناميد عام 1936، تلاه عصر ذهبي من الاكتشافات امتد من عام 1945 إلى عام 1970 تقريبًا، حيث تم اكتشاف وتطوير عدد من العوامل المتنوعة بنيويًا وذات الفعالية العالية. ومنذ عام 1980، انخفض استخدام مضادات الميكروبات الجديدة في الممارسة السريرية، ويعود ذلك جزئيًا إلى التكلفة الباهظة لتطوير واختبار الأدوية الجديدة. ^{[ 13 ]} في الوقت نفسه، لوحظ ارتفاع مقلق في مقاومة البكتيريا والفطريات والطفيليات وبعض الفيروسات للعديد من المضادات الحيوية الموجودة. ^{[ 14 ]}

تُعدّ المضادات الحيوية من أكثر الأدوية استخدامًا وإساءةً من قِبل الأطباء، كما في حالات التهابات الجهاز التنفسي الفيروسية . ونتيجةً للاستخدام الواسع النطاق وغير الرشيد للمضادات الحيوية، تسارع ظهور مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية، مما يُشكّل تهديدًا خطيرًا للصحة العامة العالمية. تتطلب مشكلة المقاومة بذل جهد متجدد للبحث عن عوامل مضادة للبكتيريا فعّالة ضد البكتيريا الممرضة المقاومة للمضادات الحيوية الحالية. تشمل الاستراتيجيات الممكنة لتحقيق هذا الهدف زيادة أخذ العينات من بيئات متنوعة، وتطبيق علم الجينوم البيئي لتحديد المركبات النشطة بيولوجيًا التي تُنتجها الكائنات الحية الدقيقة غير المعروفة وغير المستزرعة حاليًا، بالإضافة إلى تطوير مكتبات جزيئية صغيرة مُخصصة لأهداف بكتيرية. ^{[ 15 ]}

Antifungals are used to kill or prevent further growth of fungi. In medicine, they are used as a treatment for infections such as athlete's foot, ringworm and thrush and work by exploiting differences between mammalian and fungal cells. Unlike bacteria, both fungi and humans are eukaryotes. Thus, fungal and human cells are similar at the molecular level, making it more difficult to find a target for an antifungal drug to attack that does not also exist in the host organism. Consequently, there are often side effects to some of these drugs. Some of these side effects can be life-threatening if the drug is not used properly.^[16]

As well as their use in medicine, antifungals are frequently sought after to control indoor mold in damp or wet home materials. Sodium bicarbonate (baking soda) blasted on to surfaces acts as an antifungal. Another antifungal solution applied after or without blasting by soda is a mix of hydrogen peroxide and a thin surface coating that neutralizes mold and encapsulates the surface to prevent spore release. Some paints are also manufactured with an added antifungal agent for use in high humidity areas such as bathrooms or kitchens. Other antifungal surface treatments typically contain variants of metals known to suppress mold growth e.g. pigments or solutions containing copper, silver or zinc. These solutions are not usually available to the general public because of their toxicity.^[17]

Antiviral drugs are a class of medication used specifically for treating viral infections. Like antibiotics, specific antivirals are used for specific viruses. They should be distinguished from viricides, which actively deactivate virus particles outside the body.^[18]

صُممت العديد من الأدوية المضادة للفيروسات لعلاج العدوى بالفيروسات القهقرية ، بما في ذلك فيروس نقص المناعة البشرية . ومن أهم هذه الأدوية مثبطات البروتياز . أما فيروسات الهربس ، المعروفة بتسببها في قروح البرد والهربس التناسلي ، فتُعالج عادةً بنظير النيوكليوزيد أسيكلوفير . وينتج التهاب الكبد الفيروسي عن خمسة فيروسات كبدية غير مرتبطة ببعضها، ويمكن علاجه بالأدوية المضادة للفيروسات حسب نوع العدوى. وقد أصبحت بعض فيروسات الإنفلونزا A و B مقاومة لمثبطات النيورامينيداز مثل أوسيلتاميفير ، ولا يزال البحث جارياً عن مواد جديدة. ^{[ 19 ]}

مضادات الطفيليات هي فئة من الأدوية تُستخدم لعلاج الأمراض المعدية مثل داء الليشمانيات والملاريا وداء شاغاس ، والتي تسببها طفيليات مثل الديدان الأسطوانية والديدان الشريطية والديدان المثقوبة والأوليات المعدية . تشمل مضادات الطفيليات الميترونيدازول واليودوكينول والألبيندازول . ^{[ 10 ]} وكما هو الحال مع جميع مضادات الميكروبات العلاجية، يجب أن تقضي هذه الأدوية على الكائن المُعدي دون إلحاق ضرر جسيم بالمضيف. ^{[ 20 ]}

تُعدّ العلاجات واسعة الطيف فعّالة ضدّ فئات متعددة من مسببات الأمراض. وقد اقتُرحت هذه العلاجات كعلاجات طارئة محتملة للأوبئة . ^{[ 21 ]}

تُستخدم مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية والطبيعية كمضادات للميكروبات. وتُستخدم الأحماض العضوية وأملاحها على نطاق واسع في المنتجات الغذائية، مثل حمض اللاكتيك وحمض الستريك وحمض الخليك ، إما كمكونات أو كمطهرات. فعلى سبيل المثال، غالبًا ما تُرش ذبائح الأبقار بالأحماض، ثم تُشطف أو تُطهى على البخار، للحد من انتشار بكتيريا الإشريكية القولونية . ^{[ 22 ]}

^{تتمتع كاتيونات المعادن الثقيلة ،} مثل Hg²⁺ و Pb²⁺ ^، بخصائص مضادة للميكروبات، ولكنها قد تكون سامة. وفي السنوات الأخيرة، تم بحث النشاط المضاد للميكروبات لمركبات التناسق. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

Traditional herbalists used plants to treat infectious disease. Many of these plants have been investigated scientifically for antimicrobial activity, and some plant products have been shown to inhibit the growth of pathogenic microorganisms.^[27] A number of these agents appear to have structures and modes of action that are distinct from those of the antibiotics in current use, suggesting that cross-resistance with agents already in use may be minimal.^[28]

يُمكن للأوزون قتل الكائنات الدقيقة في الهواء والماء ومعدات العمليات، وقد استُخدم في أماكن مثل تهوية شفاطات المطابخ، وغرف النفايات، ومصائد الشحوم، ومحطات الغاز الحيوي ، ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي ، وإنتاج المنسوجات، ومصانع الجعة ، ومصانع الألبان ، وإنتاج الأغذية ومنتجات النظافة، والصناعات الدوائية، ومصانع تعبئة الزجاجات، وحدائق الحيوان، وأنظمة مياه الشرب البلدية، وحمامات السباحة والمنتجعات الصحية، وفي غسل الملابس ومعالجة العفن والروائح الكريهة داخل المنازل. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

يمكن أن تقلل الملابس الطبية المضادة للميكروبات من تراكم الروائح والبقع عليها، مما يُطيل عمرها. وتتوفر هذه الملابس بألوان وتصاميم متنوعة. ومع التطور السريع لتقنيات مكافحة الميكروبات، أصبحت هذه الملابس متوفرة بكثرة، مع طرح إصدارات أكثر تطورًا في الأسواق سنويًا. ^{[ 45 ]} قد تنتشر هذه البكتيريا إلى مكاتب العمل، وغرف الاستراحة، وأجهزة الكمبيوتر، وغيرها من الأجهزة التقنية المشتركة. وهذا قد يؤدي إلى تفشي الأمراض والعدوى، مثل المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين ، والتي تُكلف علاجاتها قطاع الرعاية الصحية 20  مليار دولار سنويًا.

عناصر مثل الكلور واليود والفلور والبروم هي عناصر لا فلزية، وتنتمي إلى عائلة الهالوجينات . لكل هالوجين من هذه الهالوجينات تأثير مضاد للميكروبات يختلف باختلاف عوامل عديدة، مثل درجة الحموضة ودرجة الحرارة ومدة التلامس ونوع الكائن الحي الدقيق. يُعد الكلور واليود من أكثر مضادات الميكروبات شيوعًا. يُستخدم الكلور على نطاق واسع كمطهر في محطات معالجة المياه، وفي صناعات الأدوية والأغذية. كما يُستخدم على نطاق واسع في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، حيث يؤكسد الملوثات الذائبة ويقتل البكتيريا والفيروسات. وهو فعال للغاية ضد الأبواغ البكتيرية. وتتمثل آلية عمله في كسر الروابط الموجودة في هذه الكائنات الدقيقة. فعندما يتلامس إنزيم بكتيري مع مركب يحتوي على الكلور، تُستبدل ذرة الهيدروجين في ذلك الجزيء بذرة كلور. وهذا بدوره يُغير وظيفة الإنزيم، مما يؤدي في النهاية إلى موت البكتيريا. يُستخدم اليود بشكل شائع في التعقيم وتنظيف الجروح. وتشمل المركبات المضادة للميكروبات الرئيسية التي تحتوي على اليود: محلول اليود الكحولي، ومحلول اليود المائي، واليودوفورات. تُعد اليودوفورات أكثر فعالية في قتل البكتيريا، وتُستخدم كمطهرات لأنها أقل تهيجًا للجلد. أما الجراثيم البكتيرية، فلا يمكن قتلها باليود، ولكن يمكن تثبيط نموها بواسطة اليودوفورات. يُثبط نمو الكائنات الدقيقة عندما يخترق اليود الخلايا ويؤكسد البروتينات والمادة الوراثية والأحماض الدهنية. يُعد البروم أيضًا مضادًا فعالًا للميكروبات، ويُستخدم في محطات معالجة المياه. وعند مزجه مع الكلور، يكون فعالًا للغاية ضد الجراثيم البكتيرية مثل المكورات المعوية البرازية (S. faecalis). ^{[ 46 ]}

تُستخدم الكحولات على نطاق واسع كمطهرات ومعقمات. فهي تقضي على البكتيريا الخضرية، ومعظم الفيروسات، والفطريات. يُعدّ كلٌّ من الإيثانول، والبروبانول العادي، وكحول الأيزوبروبيل من أكثر العوامل المضادة للميكروبات شيوعًا. ^{[ 47 ]} يُستخدم الميثانول أيضًا كمطهر، ولكنه غير شائع الاستخدام نظرًا لسميته العالية. تُعدّ الإشريكية القولونية ، والسالمونيلا ، والمكورات العنقودية الذهبية من بين أنواع البكتيريا التي يمكن للكحولات تثبيط نموها. تتميز الكحولات بفعالية عالية ضد الفيروسات المغلفة (60-70% إيثانول)، بينما يُعدّ كلٌّ من كحول الأيزوبروبيل بتركيز 70% والإيثانول فعالًا للغاية كمضاد للميكروبات. في وجود الماء، يُسبب الكحول بتركيز 70% تخثر البروتينات، مما يُثبّط نمو الميكروبات. لا تُعدّ الكحولات فعالة تمامًا ضد الأبواغ، إذ تعمل عن طريق تغيير طبيعة البروتينات، حيث تتداخل مع الروابط الهيدروجينية الموجودة في بنية البروتين، كما تُذيب الأغشية الدهنية الموجودة في الكائنات الدقيقة. ^{[ 48 ] ​​[ 49 ]} يُعدّ تعطيل غشاء الخلية خاصية أخرى للكحولات تُسهم في موت الخلايا. الكحولات مضادات ميكروبية رخيصة وفعّالة، وتُستخدم على نطاق واسع في صناعة الأدوية. كما تُستخدم الكحولات بشكل شائع في معقمات اليدين والمطهرات والمعقمات.

يُعد الفينول، المعروف أيضاً باسم حمض الكربوليك، من أوائل المواد الكيميائية التي استُخدمت كمضاد للميكروبات. يتميز بخصائص مطهرة عالية، فهو مثبط لنمو البكتيريا بتركيزات تتراوح بين 0.1% و1%، وقاتل للبكتيريا والفطريات بتركيزات تتراوح بين 1% و2%. ويقضي محلول بتركيز 5% على جراثيم الجمرة الخبيثة خلال 48 ساعة. ^{[ 50 ]}

تُستخدم الفينولات بشكل شائع في غسولات الفم ومنظفات المنزل. ^{[ 51 ]} وهي فعالة ضد طيف واسع من البكتيريا والفطريات والفيروسات. تُستخدم مشتقات الفينول، مثل الثيمول والكريزول، لأنها أقل سمية من الفينول. تحتوي هذه المركبات الفينولية على حلقة بنزين ومجموعة هيدروكسيل (-OH) في تركيبها، مما يمنحها فعالية مضادة للميكروبات أعلى. تعمل هذه المركبات على تثبيط نمو الميكروبات عن طريق ترسيب البروتينات، مما يؤدي إلى تمسخها، وعن طريق اختراق غشاء الخلية للكائنات الدقيقة وتعطيله. يُستخدم سداسي كلوروفين ( بيسفينول ) كمادة خافضة للتوتر السطحي، ويُستخدم على نطاق واسع في الصابون وغسول اليدين ومنتجات العناية بالبشرة لخصائصه المطهرة. كما يُستخدم أيضًا كعامل تعقيم. يُعد الكريزول مضادًا فعالًا للميكروبات، ويُستخدم على نطاق واسع في غسولات الفم وأقراص السعال.

Aldehydes are highly effective against bacteria, fungi, and viruses. Aldehydes inhibit bacterial growth by disrupting the outer membrane. They are used in the disinfection and sterilization of surgical instruments. As they are highly toxic, they are not used in antiseptics. Currently, only three aldehyde compounds are of widespread practical use as disinfectant biocides, namely glutaraldehyde, formaldehyde, and ortho-phthalaldehyde (OPA) despite the demonstration that many other aldehydes possess good antimicrobial activity.^[52] However, due to its long contact time other disinfectants are commonly preferred.

Microorganisms have a minimum temperature, an optimum, and a maximum temperature for growth.^[53] High temperature as well as low temperatures are used as physical agents of control. Different organisms show different degrees of resistance or susceptibility to heat or temperature, some organisms such as bacterial endospore are more resistant while vegetative cells are less resistant and are easily killed at lower temperatures.^[54] Another method that involves the use of heat to kill microorganisms is fractional sterilization. This process involves the exposure to a temperature of 100 degrees Celsius for an hour per day for several days.^[55] Fractional sterilization is also called tyndallization. Bacterial endospores can be killed using this method. Both dry and moist heat are effective in eliminating microbial life. For example, jars used to store preserves such as jam can be sterilized by heating them in a conventional oven. Heat is also used in pasteurization, a method for slowing the spoilage of foods such as milk, cheese, juices, wines and vinegar. Such products are heated to a certain temperature for a set period of time, which greatly reduces the number of harmful microorganisms. Low temperature is also used to inhibit microbial activity by slowing down microbial metabolism.^[56]

تُعرَّض الأطعمة عادةً للإشعاع لقتل مسببات الأمراض الضارة . ^{[ 57 ]} هناك نوعان من الإشعاعات المستخدمة لتثبيط نمو الكائنات الدقيقة: الإشعاعات المؤينة وغير المؤينة. ^{[ 58 ]} تشمل المصادر الشائعة للإشعاع المستخدم في تعقيم الأغذية الكوبالت-60 ( مصدر أشعة غاما )، وحزم الإلكترونات ، والأشعة السينية . ^{[ 59 ]} كما يُستخدم الضوء فوق البنفسجي لتطهير مياه الشرب، سواء في أنظمة الاستخدام الشخصي الصغيرة أو أنظمة تنقية المياه المجتمعية الأكبر حجمًا. ^{[ 60 ]}

يُعرف التجفيف أيضًا باسم الجفاف. وهو حالة من الجفاف الشديد أو عملية تجفيف شديدة. تحتاج بعض الكائنات الدقيقة، مثل البكتيريا والخمائر والفطريات، إلى الماء للنمو. يُجفف التجفيف محتوى الماء، مما يُثبط نمو الميكروبات. وعند توفر الماء، تستأنف البكتيريا نموها، لذا فإن التجفيف لا يُثبط نمو البكتيريا تمامًا. يُطلق على الجهاز المستخدم لإجراء هذه العملية اسم المجفف. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في صناعة الأغذية، وهي طريقة فعالة لحفظ الأغذية. كما يُستخدم التجفيف على نطاق واسع في صناعة الأدوية لتخزين اللقاحات وغيرها من المنتجات. ^{[ 61 ]}

صُممت الأسطح المضادة للميكروبات إما لمنع نمو الكائنات الدقيقة أو لإتلافها كيميائيًا ( سمية النحاس ) أو فيزيائيًا (أعمدة دقيقة/نانوية لتمزيق جدران الخلايا). وتكتسب هذه الأسطح أهمية خاصة في قطاع الرعاية الصحية. ^{[ 62 ]} ويتطلب تصميم أسطح فعالة مضادة للميكروبات فهمًا معمقًا لآليات الالتصاق الأولية بين الميكروبات والسطح. ويُستخدم عادةً محاكاة الديناميكا الجزيئية والتصوير الزمني لدراسة هذه الآليات. ^{[ 63 ]}

الضغط الأسموزي هو الضغط اللازم لمنع المذيب من المرور من منطقة ذات تركيز عالٍ إلى منطقة ذات تركيز منخفض عبر غشاء شبه منفذ. عندما يكون تركيز المواد المذابة أو المذاب داخل الخلية أعلى منه خارجها، يُقال إن الخلية في بيئة منخفضة التوتر، وسيتدفق الماء إلى داخلها. ^{[ 53 ]} عند وضع البكتيريا في محلول عالي التوتر، يحدث انكماش خلوي (بلازموليسيس)، وبالمثل، في محلول منخفض التوتر، تخضع البكتيريا لحالة انتفاخ خلوي (بلازموتيسيس). يؤدي كل من الانكماش الخلوي والبلازموتيسيس إلى موت البكتيريا نتيجة لتغير الضغط الأسموزي. ^{[ 64 ]}