33. Антибиотики. Определение. История открытия. Классификация. Механизм действия на микробов.

Ответ.

Антибиотики – химиотерапевтические вещества, продуцируемые микроорганизмами, животными клетками, растениями, а также их производные и синтетические продукты, которые обладают избирательной спо­собностью угнетать и задерживать рост микроорганизмов, а также подавлять развитие злокачественных новообразований.

История открытия.

1896 г. – Б. Гозио из жидкости, содержащей культуру грибка из рода Penicillium (Penicillium brevicompactum), выделил кристаллическое соединение – микофеноловую кислоту, подавляющую рост бактерий сибирской язвы.

1899 г. – Р. Эммерих и О. Лоу сообщили об антибиотическом соединении, образуемом бактериями Pseudomonas pyocyanea, и назвали его пиоцианазой; препарат использовался как местный антисептик.

1929 г. – А. Флеминг открыл пенициллин, однако ему не удалось выделить достаточно стабильный "экстракт".

1937 г. – М. Вельш описал первый антибиотик стрептомицетного происхождения – актиномицетин.

1939 г. – Н.А. Красильников и А.И. Кореняко получили мицетин; Р. Дюбо – тиротрицин.

1940 г. – Э. Чейн выделил пенициллин в кристаллическом виде.

1942 г. – выделение пенициллина З.В. Ермольевой и Т.И. Балезиной, З. Ваксман впервые ввел термин "антибиотик".

Эффективные антибиотики должны отвечать следующим требованиям:

• в низкой концентрации обладать микробоцидным или микробостатическим действием;

• быть безвредным для макроорганизма и не снижать свою активность в тканях организма;

• подавлять рост или размножение микробов, не нарушая физиологического состояния макроорганизма.

Каждый антибиотик, в отличие от антисептиков, дезинфектантов, фитонцидов имеет точку приложения в бактериальной клетке и характеризуется специфическим избирательным действием только на определённые виды микробов.

Классификация.

В настоящее время препараты, которые применяются для этиотропного лечения инфекционных заболеваний, называют антимикробными лекарственными средствами. К ним относятся:

• синтетические химиотерапевтические препараты;

• антибиотики.

В свою очередь, антимикробные синтетические химиотерапевтические препараты подразделяются на следующие группы:

• сульфаниламиды;

• хинолоны и фторхинолоны;

• производные нитроимидазола;

• производные нитрофурана;

• производные ГИНК (гидразида изоникотиновой кислоты);

• производные ПАСК (пара-аминосалициловой кислоты).

По объекту воздействия выделяют следующие группы антимикробных препаратов:

• антибактериальные препараты;

• противотуберкулезные препараты;

• противогрибковые препараты;

• противопротозойные препараты;

• противовирусные препараты.

По типу действия различают:

• микробоцидные (бактерицидные, фунгицидные) препараты – это препараты, вызывающие гибель возбудителей инфекционных заболеваний;

• микробостатические (бактериостатические, фунгистатические) препараты – это препараты, ингибирующие рост и размножение микробов.

По спектру антимикробного действия выделяют:

• препараты с узким спектром действия;

• препараты с широким спектром действия.

По способу получения антибиотики подразделяются на 3 группы.

1. Биосинтетические (природные) антибиотики являются продуктами метаболизма специально селекционированных штаммов микроорганизмов. Эти антибиотики получают биологическим синтезом с последующей очисткой от балластных примесей. Например, природными антибиотиками являются пенициллин, стрептомицин. Основными продуцентами природных антибиотиков являются бактерии, актиномицеты, плесневые грибы.

2. Полусинтетические антибиотики на первом этапе получают биосинтезом, а затем подвергают химической модификации. При этом к природному антибиотику присоединяют различные химические радикалы для повышения активности препарата. Полусинтетическими антибиотиками являются, например, метициллин и оксациллин.

3. Синтетические антибиотики изначально получают химическим синтезом. Примером синтетических антибиотиков являются фторхинолоновые препараты; левомицетин.

В зависимости от «мишени»:

1. Ингибиторы синтеза клеточной стенки (пенициллины, цефалоспорины, гликопептиды). Они нарушают синтез пептидогликана (муреина). Антибиотики этой группы действуют на разных этапах формирования клеточной стенки. Синтез предшественников пептидогликана начинается в цитоплазме бактерий. Затем предшественники транспортируются через цитоплазматическую мембрану и объединяются в пептидогликановые цепи. Эту стадию ингибируют гликопептиды. На внешней поверхности цитоплазматической мембраны образование полноценного пептидогликана происходит при участии белков-ферментов. Эти ферменты являются мишенью для бета-лактамных антибиотиков.

2. Ингибиторы функций цитоплазматической мембраны (полимиксины, грамицидины, полиены, имидазолы). Полимиксины нарушают проницаемость цитоплазматической мембраны, блокируя фосфолипидные компоненты, что ведет к выходу в окружающую среду водорастворимых компонентов цитоплазмы. Грамицидины вызывают нарушение целостности цитоплазматической мембраны. Механизм действия полиеновых антибиотиков (нистатина, леворина, амфотерицина В) основан на связывании эргостерола цитоплазматической мембраны с последующим выходом низкомолекулярных соединений из клетки. Действие азолов (флуконазол, вориконазол, интраконазол, кетоконазол) заключается в ингибировании фермента, катализирующего превращение ланостерола в эргостерол – основной структурный компонент мембраны клетки грибов; при этом проявляется выраженный противогрибковый эффект.

3. Ингибиторы синтеза белка:

- ингибиторы 30S-субъединиц рибосом (аминогликозиды, тетрациклины). Аминогликозиды препятствуют присоединению тРНК к рибосомам, а тетрациклины тормозят перемещение тРНК, то есть блокируют процесс ДО НАЧАЛА синтеза белка;

- ингибиторы 50S-субъединиц рибосом (макролиды, хлорамфеникол, линкомицин). Например, эритромицин действует на процесс транслокации, что препятствует удлинению пептидных цепей.

4. Ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот:

- ингибиторы синтеза предшественников пуриновых и пиримидиновых оснований (сульфаниламиды, триметоприм);

- ингибиторы РНК-полимеразы (рифампицин);

- ингибиторы синтеза ДНК (фторхинолоны, нитрофураны, нитроимидазолы).

5. Антиметаболиты – ингибиторы метаболизма фолиевой кислоты (сульфонамиды, триметоприм). Действие сульфаниламидных препаратов связано с тем, что они нарушают образование микробными клетками фолиевой и дегидрофолиевой кислот, в молекулу которых входит пара-аминобензойная кислота (ПАБК). Сульфаниламиды по химическому строению схожи с ПАБК, поэтому они захватываются микробной клеткой вместо ПАБК. В результате этого в бактериальной клетке нарушаются процессы биосинтеза.

Механизмы действия антибиотиков на микроорганизмы

Антибиотики, ингибирующие синтез клеточной стенки. Пептидогликан – основа клеточной стенки бактерий – уника­лен и жизненно необходим для прокариот, он есть у большинства бактерий, за исключе­нием не имеющих клеточной стенки. Синтез предшественников пептидогликана начинает­ся в цитоплазме. Затем они транспортируются через ЦПМ, где происходит их объединение в гликопептидные цепи (эту стадию ингибируют гликопептиды). Образование полноценного пептидогликана происходит на внешней поверхности ЦПМ. Этот этап совершается при участии белков-ферментов, которые на­зывают пенициллинсвязывающими белками, так как именно они служат мишенью для пенициллина и других бета-лактамных анти­биотиков. Ингибирование пенициллинсвязывающих белков приводит к накоплению предшественников пептидогликана в бакте­риальной клетке. В результате ненормально большое количество этих предшественников запускает в бактериальной клетке систему их уничтожения – аутентические ферменты, которые в норме расщепляют пептидогликан при делении бактериальных клеток. В резуль­тате действия аутолитических ферментов и происходит лизис бактериальной клетки. Поскольку пептидогликана нет в стенках живот­ных клеток, то эти антибиотики обладают очень низкой ток­сичностью для макроорганизма, и их можно применять в вы­соких дозах (мегатерапия).

• бета-лактамные антибиотики – пенициллины, цефалоспорины, монобактамы и карбопенемы;

• гликопептиды — ванкомицин, клиндамицин.

Антибиотики, вызывающие повреждение цитоплазматиче­ской мембраны (блокирование фосфолипидных или белковых компонентов, нарушение проницаемости клеточных мембран, изменение мембранного потенциала и т. д.).

ЦПМ есть у всех живых клеток, но у прока­риот (бактерий) и эукариот ее структура различна. У грибов больше общего с клет­ками макроорганизма, хотя есть и различия. Поэтому противогрибковые препараты – антимикотики – более токсичны для организ­ма человека, так что лишь немногие препа­раты из этой группы допустимо принимать внутрь. Число антибиотиков, специфически действующих на мембраны бактерий, невели­ко. Наиболее известны полимиксины (поли­пептиды), к которым чувствительны только грамотрицательные бактерии. Они лизируют клетки, повреждая фосфолипиды клеточных мембран. Из-за токсичности они применялись лишь для лечения местных процессов и не вво­дились парентерально. В настоящее время на практике не используются. Противогрибковые препараты (антимикотики) повреждают эргостеролы (полиеновые антибиотики) и ингибируют один из ключевых ферментов биосинтеза эргостеролов (имидазолы).

• полиеновые антибиотики;

• полипептидные антибиотики.

Антибиотики, подавляющие бел­ковый синтез. По ряду признаков белоксинтезирующий аппарат прокариот отличается от рибосом эукариотических клеток, что может быть ис­пользовано для достижения селективной ток­сичности действующих на них препаратов. Синтез белка –многоступенчатый процесс, в котором задействовано множество фер­ментов и структурных субъединиц. Известно несколько точек приложения действия раз­личных препаратов:

• присоединение тРНК с образованием инициального комплекса на 70S рибосоме (аминогликозиды),

• перемеще­ние тРНК с акцепторного сайта на донорс­кий сайт, присоединение нового аминоацила тРНК к акцепторному сайту (тетрациклины),

• формирование пептида, катализируемо­го пептидил-трансферазой (хлорамфеникол, линкозамиды),

• транслокация пептидил тРНК (эритромицин),

• удлинение пептидной цепи (фузидиевая кислота),

• терминация и высво­бождение пептидной цепи.

Таким образом, аминогликозиды и тетрациклины связывают­ся с 30S-субъединицей, блокируя процесс еще до начала синтеза белка. Аминогликозиды необратимо ингибируют процесс присоеди­нения транспортной РНК, а тетрациклины обратимо блокируют следующую стадию при­соединения к рибосомам транспортной РНК. Макролиды, хлорамфеникол, линкозамиды соединяются с 50S-субъединицей. Это об­рывает удлинение пептидных цепей. После удаления этих антибиотиков процесс возоб­новляется, т. е. эффект бактериостатичен.

• аминогликозиды (гентамицин, угнетая белковый синтез в бактериальной клетке, способен нарушать синтез белковой оболочки вирусов и поэтому может обладать противовирусным действием);

• макролиды;

• тетрациклины;

• хлорамфеникол (левомицетин), нарушающий синтез белка микробной клетки.

Антибиотики, ингибирующие синтез нуклеиновых кислот. Нарушение синтеза и функций нуклеиновых кислот достигается тремя способами:

1) инги­бирование синтеза предшественников пурин-пиримидиновых оснований (сульфанилами­ды, триметоприм);

2) подавление репликации и функций ДНК (хинолоны / фторхинолоны, нитроимидазолы, нитрофураны);

3) ингиби­рование РНК-полимеразы (рифампицины).

В большинстве своем в эту группу входят синтетические препараты, из антибиотиков подобным механизмом действия обладают только рифамицины, которые присоединяются к РНК-полимеразе и блокируют синтез м-РНК.

Действие фторхинолонов связано, в основ­ном, с инактивацией ДНК-гиразы – фермен­та, обеспечивающего суперспирализацию бак­териальной хромосомы.

Антиметаболиты.

Сульфаниламиды – структурные аналоги парааминобензойной кислоты (ПАБК) – могут конкурентно связываться и ингибировать фермент, который нужен для пе­ревода парааминобензойной кислоты в фолиевую кислоту – предшественник пуриновых и пиримидиновых оснований. Эти основания необходимы для синтеза нуклеиновых кислот.