Karbapenemy to bardzo silna klasa antybiotyków beta-laktamowych, które są strukturalnie powiązane z penicylinami. Są antybiotykami o szerokim spektrum działania i działają przeciwko bakteriom Gram-ujemnym, Gram-dodatnim oraz tym, które rosną bez dostępu tlenu. Leki te są zwykle stosowane w przypadkach infekcji wieloma rodzajami bakterii lub gdy bakterie inwazyjne są oporne na inne rodzaje antybiotyków. Istnieją szczepy bakterii, które wykształciły gen odporności na karbapenemy, alarmując społeczność medyczną lękiem przed ogólnoświatową superbakterią.
Wszystkie antybiotyki beta-laktamowe mają strukturę pierścieniową złożoną z trzech atomów węgla i jednego atomu azotu. Zakłócają syntezę ściany komórkowej bakterii, zakłócając kluczowy etap syntezy. Związki te blokują białka wiążące penicylinę (PBP). To pozostawia bakteryjne półprodukty ściany komórkowej luźne. Skłania komórkę do produkcji enzymów, które niszczą jej własną ścianę komórkową, zabijając organizm.
Wiele bakterii wytwarza enzymy, które rozkładają antybiotyki beta-laktamowe. Takie enzymy są znane jako beta-laktamazy. Powszechną praktyką jest przepisywanie tego typu antybiotyków z inhibitorem beta-laktamazy, aby bakterie nie mogły degradować antybiotyku. W przypadku karbapenemów stosowanym inhibitorem beta-laktamazy jest cylastatyna.
W praktyce klinicznej stosuje się wiele różnych rodzajów karbapenemów. Pierwszym zastosowanym związkiem był imipenem, powszechnie przepisywany z cylastatyną. Późniejsze typy inhibitorów nie muszą być stosowane z tym inhibitorem beta-laktamazy. Związki te różnią się tym, z którym PBP się wiążą, co daje pewną selektywność wobec różnych typów organizmów. Na przykład te, które hamują PBP3, są specyficzne dla patogenu oportunistycznego Pseudomonas aeruginosa.
Karbapenemy są najsilniejszymi znanymi antybiotykami, ponieważ mogą zawierać tak różnorodną gamę infekcji bakteryjnych. Zazwyczaj są one odkładane do użytku jako środek ostateczny, aby nie sprzyjać rozwojowi odporności na nie. Takie antybiotyki są zazwyczaj podawane dożylnie w szpitalach.
Ta klasa antybiotyków jest w stanie zabić większość bakterii wytwarzających inhibitory beta-laktamazy, ponieważ jej struktura jest nieco inna niż inne klasy antybiotyków beta-laktamowych. Wykształciły się jednak nowe szczepy bakterii jelitowych, które posiadają gen odporności, który umożliwia im rozkład beta-laktamazy karbapenemów. Bakterie jelitowe to bakterie Gram-ujemne, takie jak Escherichia coli. Nowy gen odporności jest znany jako NDM-1. Jest to beta-laktamaza z jonem metalicznym jako kofaktorem i została po raz pierwszy wyizolowana w New Delhi w Indiach. Stąd nazwa oznacza New Delhi metallo beta-laktamaza.
Wielu pacjentów w Wielkiej Brytanii było hospitalizowanych z powodu szczepów bakterii zawierających ten gen odporności. Niektórzy zginęli. Większość z nich była na subkontynencie indyjskim, głównie w celu chirurgii plastycznej. Inni zarazili się chorobą od innych pacjentów w szpitalu. Zakażenia wystąpiły również w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie i kilku innych krajach.
Nie ma innej klasy antybiotyków, która mogłaby zastąpić karbapenemy. Gen NDM-1 może być przenoszony między różnymi typami bakterii. Jeśli trafi do szczepu odpornego na wszystkie antybiotyki i łatwo rozprzestrzenia się między pacjentami, stanowiłoby to poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego.