9.2. Антимикробные антибиотические вещества

Многие микроорганизмы в процессе метаболизма образуют молочные и пр. кислоты, спирты и др. вещества, резко меняющие кислотность среды, препятствующие развитию многих микроорганизмов.

Но наиболее существенной формой антагонизма является образование некоторыми микроорганизмами специфических продуктов обмена, которые в очищенном виде получили название антибиотиков. Надежды, связанные с лечением антибиотиками, не согласуются с его названием (anti - против, bios - жизнь).

Антибиотики - это не промежуточные продукты обмена, накапливающиеся внутри клетки или выделяющиеся в окружающую среду. Это мощные биологические соединения, но они не убивают и не подавляют рост собственных продуцентов-клеток. Вещества антибиотические не являются прямыми или главными продуктами метаболизма. Несмотря на то, что антибиотики образуются микробом в малых количествах, они являются наиболее физиологическими продуктами метаболизма.

Величины биологической активности антибиотиков выражают в условных единицах, содержащихся в 1 мл или в 1 г препарата. За единицу антибиотической активности принято минимальное количество препарата, способное подавлять или задерживать рост стандартного числа клеток стандартного штамма, в единице объема питательной среды.

Например, антибиотическая активность пенициллина - это минимальное количество препарата пенициллина, способное задержать рост золотистого стафилококка (штамм 209) в 50 мл питательного бульона. Для стрептомицина - минимальное количество антибиотика, задерживающее рост E. coli в 1 мл питательного бульона.

Антибиотические свойства у многих групп микроорганизмов давно известное, широко распространенное явление. Такие микроорганизмы встречаются в почве и воде. Известно, что бактерии кишечной группы, фитопатогенные грибы и пр., попадая в морскую воду или почву, погибают через несколько дней. Можно было предположить, что на них действуют абиотические факторы (температура, соли, отсутствие факторов питания и пр.). Однако в стерильной воде или почве те же самые микроорганизмы сохраняются длительное время.

Это связано с тем, что в естественных условиях неблагоприятное влияние на попавшую в почву микрофлору оказывают находящиеся там многообразные биологические факторы, называемые антибиотическими веществами..

В 1889 г в Париже Ж.Виллеман предложил понятие «антибиоза» как любое проявление антагонизма между живыми объектами. Это понятие было забыто, но возродилось вновь в 1940-х гг, в связи с практическим использованием антибиотиков.

Для культивирования микробов - продуцентов антибиотиков, используют две группы питательных сред: натуральные неопределенного состава и синтетические. По физическому состоянию они бывают твердые, жидкие и сыпучие (отруби, зерна).

Натуральные среды. Состоят из природных соединений живого или растительного происхождения. На них хорошо развиваются микроорганизмы, ввиду наличия компонентов, необходимых для их роста.

Мясо-пептонная среда. Имеет сложный состав - мясной экстракт, пептон, соли.

Картофельные среды. Это среды с глюкозой и пептоном, для культивирования таких микробов как актиномицеты и пр.

Среды с кукурузным экстрактом, соевой мукой и др. Применяют в промышленности.

Композиции натуральных сред, имеющими неопределенный состав, невозможно считать постоянными по составу, отчего при их использовании нельзя получать одинаковые результаты. Поэтому, для культивирования продуцентов антибиотиков получили распространение синтетические среды.

Синтетические среды. Это среды, в состав которых входят определенные химические соединения, взятые в определенных концентрациях. Они бывают простые и сложные.

Качественная характеристика компонентов питательных сред. Их источники азота оказывают влияние на образование антибиотических веществ. Для многих микробов – это аммонийные или нитратные соединения.

Источник углеводов - это может быть глюкоза и лактоза для одних микроорганизмов, для других - спирты и пр.

Соотношение источника азота к источнику углерода разнообразно для различных микроорганизмов.

Фосфор - входит в состав важнейших элементов клетки. В качестве источника фосфора используют неорганические ортофосфаты.

Сера - без нее не происходит полноценного синтеза белка, образуется из сульфатов.

Калий - выполняет каталитическую роль.

Кальций - регулирует кислотность среды.

Магний - активирует ферменты.

Железо - выполняет каталитическую роль.

Медь - образует ряд ферментных систем.

Цинк - участвует в биохимической деятельности.

Марганец - составная часть ферментных систем.

Кобальт - биосинтез и активация антибиотиков.

Многие бактериальные клетки образуют антибиотики при нейтральном рН. Некоторые, молочнокислые стрептококки - при кислом рН (5,5- 6,0)

Температура, необходимая для антибиотикообразования, колеблется в границах 30- 37^О С. Отклонение температуры замедляет антибиотикообразование.

Аэрация - существенный фактор. Большинство микробов, образующих антибиотики - аэробы.

Существует три способа получения антибиотиков:

1. Биологический синтез. Для получения антибиотиков этим способом используют высокопродуктивные штаммы микроорганизмов и специальные питательные среды, на чем их выращивают. Например, с помощью биологического синтеза получают пенициллин.

2. Химический синтез. После изучения структуры продуцентов антибиотиков стало возможным получение их путем химического синтеза. Одним из первых препаратов, что был получен таким образом, был левомицетин. В настоящее время с помощью этого способа получают все синтетические антибиотики.

3. Комбинированный метод. Метод представляет сочетание двух предыдущих: с помощью биологического синтеза получают антибиотики, выделяют из них так называемое ядро (например, 6-аминопенициллановую кислоту из пенициллина) и химическим путем добавляют к нему различные радикалы. Антибиотики, полученные с помощью этого метода, называют полусинтетическими. Например, полусинтетическими пенициллинами являются: аксациллин, азлоциллин. Широко используются полусинтетические цефалоспорины и др. антибиотики. Достоинством полусинтетических антибиотиков является чувствительность к ним устойчивых форм микроорганизмов, кроме того, это экономически выгодный способ производства антибиотиков. Из одного природного антибиотика, стоимость которого так велика, можно получить, примерно, до 100 полусинтетических препаратов.

История открытия антибиотиков. Эту историю можно начать с Пауля Эрлиха, который в 1912 г синтезировал новый мышьяковистый препарат (сальварсан) для лечения сифилиса. Лечение таким препаратом было длительной и тяжкой процедурой. Сальварсан был основан на ртути, которая обозначается как "Меркурий". От этого распространялись разные афоризмы как "одну ночь с Венерой и всю жизнь с Меркурием". Все это подстегивало исследователей на поиск новых препаратов. В 1929 г А.Флеминг открыл антибиотический препарат нового поколения – пенициллиновую кислоту, но очистить ее не смог. Успехи сульфаниламидов едва не сыграли роковую роль в истории антибактериальной терапии. В 1935 г немецкий бактериолог Домагк синтезировал новый сульфаниламид. В 1937 г Разочарованный неудачами при очистке пенициллина, Флеминг прекратил работу в этом направлении. Только в 1940 г Х. Флори и Э. Чейн получили стабильный препарат очищенного пенициллина. Он значительно превосходил сульфаниламиды по действию на пиогенные бактерии. А в 1945 г А. Флемингу присудили Нобелевскую премию за открытие нового антимикробного препарата – антибиотика пенициллина. Термин «антибиотик» для этих веществ предложил С. Ваксман (1942).

Русская врач З.В. Ермольева выделила пенициллин в 1942 г и дала определение этим антибиотикам. Открытие антибиотиков явилось большой победой человечества, что очень положительно сказалось во времена Второй мировой войны.

За период с 1981 г по 1985 г было открыто свыше 2000 антибиотиков. К настоящему времени известно свыше 7000 антибиотиков. Тенденция выделения новых антибиотиков еще увеличивается. В наше время многие антибиотики синтезированы новым химическим методом.