4 Мікробіологія

6. Лізогенна культура бактерій — це:

а) культура, яку розчинює вірулентний фаг;

б) культура, в якій знаходиться фаг;

в) культура, в якій міститься помірний фаг і яка може розчини- тися за певних умов.

7. Редуктивну інфекцію спричинюють фаги:

а) вірулентні;

б) помірні;

в) фаги, які перебувають у стані спокою.

8. Для виявлення джерела інфекції використовують фаги:

а) видові;

б) полівалентні;

в) типові;

г) всі відповіді правильні.

9. Лізогенна конверсія виникає внаслідок:

а) трансдукції;

б) трансформації;

в) кон'югації;

г) всі відповіді правильні.

Ситуаційні задачі

1. Під час санітарно-мікробіологічного дослідження питної води виявили колі-фаги. Який висновок слід зробити про санітарно-епідемічний стан цієї води?

2. Під час ідентифікації культури бактерій було встановлено, що за культуральними, морфологічними, тинкторіальними, біохіміч­ними властивостями її можна віднести до виду Е. coli, але деякі ан­тигени виявилися відсутніми. Яким чином можна відновити втра­чені властивості цього штаму бактерій?

3. Еубіотик колібактерин виготовляють із живих ліофілізованих кишкових паличок. Чим пояснити здатність колібактерину пригні­чувати умовно-патогенну мікрофлору?

4. Останнім часом більше ніж у 90 % штамів стафілокока вияв­лено резистентність до пеніциліну. Яка причина формування таких штамів?

5. У лізогенної культури збудника дифтерії виражена здатність виробляти екзотоксин. Чи є у культури ймовірність набувати і втра­чати цю властивість?

Змістовний модуль 4 АНТИБІОТИКИ. ХІМІОПРЕПАРАТИ

Тема 5.

Антибіотики. Хіміопрепарати

Конкретні цілі:

• аналізувати явище мікробного антагонізму ;

• пояснювати механізм дії антибіотиків на мікробну кліти­ну;

• знати побічну дію антибіотиків;

• розуміти механізм стійкості мікроорганізмів до антибіо­тиків;

• визначати чутливість мікроорганізмів до антибіотиків.

Поняття про антибіотики, їх природа

Антибіотики (від грец. anti — проти, bios — життя) — це речо­вини біологічного походження, а також їх похідні синтетичні і на­півсинтетичні аналоги, які вибірково пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів. Термін "антибіотики" був запропонований 3. Вак-сманом у 1942 році.

Явище антагонізму між різними живими істотами було відоме давно і використовувалося в народній медицині.

Науково обґрунтував явище антагонізму серед мікробів видат­ний український вчений 1.1. Мечников. Вивчаючи роль гнилісних бактерій кишечнику в інтоксикації і старінні організму людини, він виявив антагоністичну дію до них молочнокислих бактерій. Для пригнічення розвитку гнилісної мікрофлори він пропонував вживати в їжу простоквашу, яка містить Lactobacterium bulgari-cum. Пізніше було доведено антагоністичну дію В. bifidum і Е. соїі до збудників кишкових інфекцій.

Пріоритет у відкритті антибіотиків належить видатному англійському мікробіологу А. Флемінгу. У 1929 році у фільтраті бульйонної культури зеленого плісеневого гриба Pénicillium nota-tun він виявив антибіотик, який знищував культуру золотистого стафілокока. Цей антибіотик був названий "пеніциліном" від імені гриба-продуцента. У чистому вигляді пеніцилін виявився нестійким, тому А. Флемінгу не вдалося виділити його з фільтрату.

У вигляді солі його виділили англійські хіміки Г. Флорі, Дж. Чейн і Н. Хітлі у 1940 році. Пеніцилін виявився ефективним у лікуванні менінгіту, сепсису, бешихи, газової гангрени, гнійних ран та інших хвороб.

У Радянському Союзі пеніцилін вперше виділили академік З.В. Єрмольєва і Т.І. Балезіна в 1942 році з плісеневого гриба Péni­cillium crustosum.

Кожного року виявляють близько 20 нових антибіотиків і зараз їх кількість перевищує 6 000. У клінічній практиці використову­ють 2—3 % антибіотиків, отриманих із природних джерел. Це по­яснюється тим, що деякі з них виявилися надто токсичними для макроорганізму або малоефективними. Для удосконалення фарма-кокінетичної і лікувальної дії природних антибіотиків отримують напівсинтетичні і синтетичні їх аналоги. При цьому "ядро" моле­кули природного антибіотика зберігають, оскільки воно забезпечує зв'язок антибіотика з мішенню в бактеріальній клітині.

Джерелами антибіотиків природного походження є плісеневі гриби (пеніцилін, цефалоспорини), актиноміцети (стрептоміцин, циклосерин, тетрациклін), бактерії (граміцидин, коліформін, поліміксини).

Деякі бактерії здатні синтезувати специфічні білки, які пригнічують ріст бактеріальних клітин інших штамів цього виду або генетично близьких видів. Ці білки називають бактеріоцинами. Молекули бактеріоцинів здатні адсорбуватися на специфічних рецепторах оболонки бактеріальної клітини і пошкоджувати мембрану клітин, а також порушувати процеси метаболізму, синтез ДНК, білків. Часто гинуть і ті клітини, які виробляють бактеріоцини. Бактеріоцини виявлені у ешерихій (коліцини), вібріонів (вібріоцини), стафілококів (стафілоцини). Штами деяких бактерій, що здатні синтезувати бактеріоцини, використовують для вироблення еубіотиків (колібактерин, біфікол).

Тканини тварин також містять речовини, які вибірково уража­ють певні види мікробів (інтерферони, інтерлейкіни, лізоцим).

Антибіотики, що містяться в рослинах, були відкриті у 1928 році Т.П. Токіним і названі фітонцидами. За хімічним складом переважна більшість фітонцидів належить до складних ефірів, тому вони леткі і нестійкі, що утруднює їх виділення в чистому вигляді. До антибіотиків рослинного походження відносять: аліцин (часник), іманін (звіробій), хлорофіліпт (листя евкаліпта), рафанін (зерна редису), хлорелін (хлорелла), уролесан (комбінований рослинний препарат).

Біологічну активність антибіотиків вимірюють у міліграмах (мг), а також у міжнародних одиницях (ОД — одиниця дії). Для більшості антибіотиків 1 ОД — це 1 мкг чистого препарату, для пе­ніциліну — 0,6 мкг. 1 ОД пеніциліну — це мінімальна його кіль­кість, яка затримує ріст стандартного штаму стафілокока в 50 см³ поживного середовища.

Принципи класифікації. Антибіотики класифікують за трьома основними ознаками: за спектром і спрямованістю біологічної дії, за хімічною структурою та за молекулярним механізмом дії на мікробну клітину.

За спектром дії розрізняють антибіотики вузького і широко­го спектра. Антибіотики вузького спектра дії активні щодо певної групи мікроорганізмів. Бензилпеніцилін, еритроміцин, олеандо­міцин активні переважно щодо грампозитивних мікроорганізмів. Антибіотики широкого спектра дії (цефалоспорини, фторхіноло-ни, карбапенеми) пригнічують ріст і розмноження грампозитивних і грамнегативних типових та нетипових форм бактерій. Найбільш широкий спектр дії характерний для п'яти груп антибіотиків: бета-лактамних, фторхінолонів, аміноглікозидів, тетрациклінів, хло-рамфінеколу.

За ефектом протимікробної дії антибіотики поділяють на бак­терицидні (від лат. саейо — вбиваю), що згубно діють на мікроорга­нізми в концентраціях, які можна створити в макроорганізмі, і бак­теріостатичні (від грец. вґаїов — той, що стоїть), які в аналогічних концентраціях пригнічують ріст і розмноження мікроорганізмів, але не знищують їх.

За спрямованістю дії антибіотики поділяють на чотири основні групи: антибактеріальні (більшість відомих антибіотиків), проти­грибкові (ністатин, леворин), противірусні (інтерферони, інтерлей-кіни), протипухлинні (рубоміцин, актиноміцин).

За хімічним складом антибіотики відносять до органічних спо­лук. Найбільше практичне значення мають:

• ациклічні органічні сполуки — полієни (ністатин, амфотери-цин Б);

• ароматичні гетероциклічні сполуки (гризеофульвін);

• макроліди (еритроміцин, олеандоміцин, лінкоміцин, клари-троміцин — клацид, спіраміцин, азитроміцин — сумамед);

• аміноглікозиди (стрептоміцин, неоміцин, канаміцин, мономі -цин, гентаміцин);

• тетрацикліни (окситетрациклін, метациклін, хлортетраци-клін та ін.);

• бета-лактамні антибіотики (пеніцилінового ряду, цефалоспо­рини);

— останнім часом широкого вжитку набули фторхінолони (ци-пробай, ципрофлоксацин (ципринол), левофлоксацин, мок-сифлоксацин, норфлоксацин).

За молекулярним механізмом дії антибіотики поділяють на групи залежно від мішені в бактеріальній клітині:

• порушують синтез клітинної стінки бактерій — препарати пеніциліну, ристоміцин, ванкоміцин, новобіоцин; тому вони більш активні щодо молодих клітин, які ростуть, і не діють на клітини, що перебувають у стадії спокою. Порушуючи син­тез пептидоглікану, вони сприяють перетворенню нормальної бактеріальної клітини на L-форму. Після виведення антибіо­тика мікробна клітина, якщо не загинула, знову перетворю­ється з L-форми на нормальну, що призводить до рецидиву (повернення клінічних симптомів) хвороби;

• порушують синтез білків у бактеріальній клітині на рівні 70S рибосом — тетрацикліни, макроліди, левоміцетин;

• пригнічують синтез білків у бактеріальній клітині і одночас­но порушують трансляцію генетичного коду — аміногліко-зиди;

• пригнічують синтез нуклеїнових кислот у бактеріальній клітині і клітинах макроорганізму, трансляцію ДНК — ак­тиноміцини; пригнічують реплікацію ДНК — міаміцин; синтез ДНК — брунеоміцин, рубоміцин; інактивують РНК-полімеразу — рифампіцин; ДНК-гіразу (фермент, що упо­рядковує просторову структуру ДНК у бактеріальній кліти­ні) — фторхінолони;

• порушують цілість цитоплазматичної мембрани — протигриб­кові, вони руйнують вегетативні клітини патогенних грибів, але не діють на їх спори.

Після визначення хімічної структури більшості антибіотиків було зроблено спроби здійснити їх хімічний синтез. Левоміцетин отримують лише хімічним способом (синтетичний антибіотик), а виробництво препаратів пеніцилінового ряду, граміцидину хіміч­ним синтезом виявилося економічно недоцільним.

Розроблено методи вдосконалення властивостей природних ан­тибіотиків шляхом часткової зміни їх хімічної структури. Так було отримано напівсинтетичні антибіотики. Особливо великих успіхів досягнуто в отриманні напівсинтетичних пеніцилінів і цефалоспо-ринів, які належать до найбільш вживаних антибіотиків.

Принципи застосування. У разі призначення антибіотиків слід використовувати препарати, які мають високу вибірковість і ак­тивність щодо збудника. Через це їх називають етіотропними (від грец. aitia — причина і tropos — спрямованість), тобто такими, що діють на причину (збудника) хвороби. Антибіотики мають бути нетоксичними для макроорганізму, зберігати антибактеріальну дію в рідинах, тканинах організму, добре всмоктуватися і розподілятися в організмі, забезпечуючи ефективні концентрації протягом тривалого часу, зберігати стабільність за звичайних умов зберігання.

Успіхи антибіотикотерапії залежать від чутливості збудника до препарату, ефективного способу його введення, форми патологіч­ного процесу, фази хвороби, стану захисних механізмів організму. Антибіотики, які є найбільш ефективними при певному виді інфек­ції, до яких чутлива більшість штамів даного збудника, називають препаратами першого вибору (першого ряду). Препарати друго­го ряду (альтернативні, від лат. alter — один із двох) призначають тоді, коли препарати першої групи неефективні, або коли штам ви­діленого збудника найбільш чутливий саме до них. Антибіотики резерву використовують в особливих випадках, коли антибіотики першого та другого ряду виявилися неефективними, вони зумовлю­ють багато ускладнень.

До основних принципів раціональної антибіотикотерапії відно­сять:

1. визначення чутливості збудника до антибіотиків;

2. вибір найбільш активного і найменш токсичного препарату;

3. визначення оптимальних доз і методів введення антибіотиків в організм хворого для створення в рідинах і тканинах тера­певтичної концентрації;

4. своєчасний початок лікування і продовження його до повного закріплення терапевтичного ефекту;

5. врахування можливості побічної дії антибіотиків, особливо якщо у хворого є індивідуальні порушення функцій внутріш­ніх органів (печінки, нирок);

6. комбінація антибіотиків між собою або з іншими препарата­ми для підсилення антибактеріального ефекту (найчастіше використовують комбінації пеніцилінів і аміноглікозидів, тетрациклінів і макролідів, пеніцилінів і сульфаніламідних препаратів).

Тривалість курсу антибіотикотерапії залеяшть від виду збудни­ка, ефективності обраного препарату, стану макроорганізму. Зазви­чай антибіотики швидко виводяться з організму, що потребує їх по­вторного введення декілька разів на добу. Це ускладнює лікування, особливо у разі ін'єкційного введення препарату. Зручніше вводити препарати пролонгованої (від пізньолат. prolongatio — збільшити довжину), тобто подовженої, дїі. Так, біцилін-1 уводять 4 або 2 рази на місяць, біцилін-2 — 1 раз на 4—6 днів, біцилін-5 — 1 раз на

З тиж (дітям до 8 років) або 1 раз на місяць (дітям старше 8 років і дорослим).

Побічна дія антибіотиків і методи її подолання. Використання антибіотиків захистило життя мільйонів людей. Завдяки їм знизилась кількість післяопераційних ускладнень, захворюваність і смертність від інфекцій, підвищилась ефективність лікування інфекційних хвороб, збільшився середній вік людини. Разом з тим антибіотикотерапія і антибіотикопрофілактика може призвести до негативних наслідків.

Антибіотики здатні формувати алергійний стан. Нерідко під час повторного їх введення виникають алергійні реакції різного сту­пеня вираженості: шкірні висипи, дерматит, риніт, розвиток астма­тичного стану, кон'юнктивіт, але найбільш небезпечними є набряк Квінке (особливо набряк гортані) і анафілактичний шок, наслідком яких може бути смерть хворого. Тому перед застосуванням антибіо­тика проводять шкірні, під'язикові проби, або з'ясовують у хворого, чи були у нього раніше алергійні реакції на антибіотики.

Вживання антибіотиків широкого спектра дії може призвести до дисбактеріозу. Внаслідок пригнічення нормальної мікрофлори активується умовно-патогенна: стафілококи, протей, клостридії (С. difficile), бактероїди, гриби роду Candida, які виявляються стійкими до цих антибіотиків. Тому з цими антибіотиками призначають антигрибкові препарати і вітаміни.

Токсична дія виникає в разі тривалого застосування препаратів. Вона може позначатися на загальному стані організму (нудота, блю­вання, зниження апетиту) або мати органотропну фармакодинаміч-ну дію. Так, тетрациклін уражає печінку, нирки, спричинює гіпові­таміноз, подразнення слизової оболонки травного тракту, порушує розвиток кісток, зубів (його не рекомендують призначати дітям ві­ком до 14 років); левоміцетин діє на кістковий мозок, що призводить до порушення процесу кровотворення; стрептоміцин, гентаміцин уражають вестибулярний апарат і слуховий нерв; цефалоспорини порушують функцію нирок (нефротоксичні); циклосерин, гризе-офульвін, поліміксин уражають периферичні нерви і центральну нервову систему (ЦНС). Деякі антибіотики (тетрацикліни, левомі­цетин) мають тератогенну (від грецьк. teras — виродок, страхо­висько) дію, що призводить до патології розвитку плоду, тому їх не рекомендують вживати вагітним. Вживання бактерицидних пре­паратів при інфекційних хворобах, спричинених грамнегативною мікрофлорою, може призвести до ендотоксинового шоку внаслідок масової загибелі бактерій і виділення в організм великої кількості ендотоксинів.

Тривале вживання антибіотиків може призвести до пригнічення імунітету.

До негативних наслідків можуть призвести також індивідуальні відхилення обміну речовин у макроорганізмі, порушення функцій печінки, нирок. Так, при хронічному алкогольному ураженні печін­ки в крові хворого швидко накопичується надлишок антибіотиків, що призводить до токсичної дії їх на організм.

Особливо багато ускладнень зумовлюють антибіотикорезистент-ні штами мікроорганізмів.

Вплив антибіотиків на мінливість мікроорганізмів. У мікроорга­нізмів добре розвинуті адаптаційні можливості, внаслідок чого вони легко змінюють свою структуру, біологічні та біохімічні функції під впливом різних факторів, що здатні пригнічувати в них процеси життєдіяльності. Унаслідок цих змін з'являються атипові штами. Важливим фактором мінливості мікробів є антибактеріальні препа­рати, тривале і часом безконтрольне використання яких призвело до появи резистентних форм мікроорганізмів.

Резистентність (від лат. resisto — опірність) — це здатність мі­кроорганізмів розмножуватися під дією терапевтичних концентра­цій лікувальних препаратів. Резистентні штами мікроорганізмів стали виникати одразу після використання антибіотиків і з часом їх кількість зростає лавиноподібно. Так, у 40-і роки XX ст. штами ста­філококів, резистентні до препаратів пеніциліну, становили 2—3 % , у 1955 році — 60—80 % , наприкінці XX ст. — 90—98 % . Особливо швидко формується резистентність у типових бактерій, повільніше — у нетипових бактерій та інших груп мікроорганізмів: спірохет, рикетсій, хламідій, мікоплазм, гри­бів, найпростіших. Резистентність може бути природною і набутою.

Природна (видова) резистент­ність пов'язана з відсутністю "міше­ні" або з недосяжністю її внаслідок слабкої проникності клітинної стін­ки. Вона не залежить від первинного контакту з антибіотиками. Так, міко-плазма не чутлива до препаратів пе­ніциліну через відсутність клітинної стінки.

Набута резистентність пов'я- зана зі змінами в геномі бактеріальної Мал. 15. Визначення чутливості клітини. Можливі два варіанти гене- бактерій до антибіотиків мето- тичних змін. Один з них пов'язаний з _дом паперових дисків мутаціями у власних генах, інший — з проникненням у бактеріаль­ну клітину додаткових генів через R-плазміди і транспозони.

Механізми набутої антибіотикорезистентності складні і різ­номанітні, але можна виділити декілька основних:

1. Руйнування молекули антибіотика. Цей механізм лежить в основі формування резистентності до бета-лактамних анти­біотиків (пеніцилінів, цефалоспоринів). Резистентні бактерії утворюють ферменти бета-лактамази (наприклад, пеніцилі-назу).

2. Модифікація структури молекули антибіотика. Під впли­вом мікробних ферментів (наприклад, фосфотрансферази) антибіотик перетворюється на неактивну форму. Цей меха­нізм лежить в основі формування резистентності до тетраци­клінів, аміноглікозидів, макролідів.

3. Зміна структури "мішені", чутливої до антибіотиків. Уна­слідок мутації структури білка рибосом 70S формується резистентність до аміноглікозидів, макролідів; ферменту ДНК-гірази — до хінолонів; РНК-полімерази — до рифам-піцину; пеніцилінзв'язувальних білків (транспептидаз) у цитоплазматичній мембрані бактеріальної клітини — до бета-лактамних антибіотиків.

4. Формування механізму активного виведення антибіотика з бактеріальної клітини, коли він ще не досяг своєї "мішені", — один з варіантів формування стійкості до тетрациклінів.

Існує багато причин, які сприяють масовій селекції і поширенню резистентних штамів мікроорганізмів. До них належать: безконт­рольне і нераціональне застосування антибіотиків для лікування; застосування антибіотиків без необхідності для профілактики ін­фекційних хвороб; вживання продуктів харчування, що містять ан­тибіотики, — м'яса, молока (інколи тварин лікують антибіотиками, які використовують для лікування людей, наприклад тетрациклі­нами).

Резистентність мікроорганізмів є великою медичною пробле­мою, тому важливе значення має пошук методів її подолання. До них належать:

• застосування нових препаратів, які відрізняються від нині дію­чих за хімічною структурою молекули і є більш ефективними;

• комбінування антибіотиків з різним механізмом дії на мікроб­ну клітину;

• заборона використання для лікування антибіотиків, до яких у даному регіоні з'явилися резистентні форми мікроорганіз­мів;

• заборона використання у ветеринарній практиці антибіоти­ків, якими лікують людей;

• заборона використання продуктів харчування, що містять за­лишкові кількості антибіотиків, які перевищують допустимі медико-біологічні норми;

• дотримання інструкції щодо застосування препарату (доза, термін і спосіб використання);

— визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків. Застосування антибіотиків без перевірки на чутливість до них

мікроорганізмів є небезпечним для хворих і призводить до великих даремних економічних витрат.

Антибіотикограма. У практичних лабораторіях для визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків найчастіше використо­вують метод дифузії в агар. Для цього чисту культуру мікроорга­нізмів (в екстрених випадках — патологічний матеріал) засівають газоном на спеціальні поживні середовища. Потім пінцетом накла­дають на однаковій відстані один від одного паперові диски, про­сякнуті антибіотиками, і культивують у термостаті. Після інкубації навколо дисків, просякнутих антибіотиками, що пригнічують ріст культури, утворюються зони затримки росту мікроорганізмів. По­рівнюючи діаметр цих зон з даними, зазначеними в таблиці, визна­чають ступінь чутливості мікроорганізмів: чутливі, помірно стійкі чи стійкі — і складають антибіотикограму для штаму, що вивчаєть­ся. У відповіді для лікувального закладу зазначають ті антибіотики, до яких мікроорганізми чутливі (мал. 15).

Якщо антибіотик вносять у поживне середовище, то в різні про­бірки з поживним середовищем додають різні антибіотики і висіва­ють культуру. Результат визначають за наявністю росту культури. Для лікування використовують той антибіотик, за наявності якого культура не росте.

Антибіотикограму використовують для ідентифікації культури (наприклад, диференціації типових і атипових мікобактерій тубер­кульозу), контролю за ефективністю лікування і визначення про­гнозу хвороби, а найчастіше — для призначення лікування.