Мікробний антогонізм як основа використання антибіотиків

Мікробний антогонізм як основа використання антибіотиків

Міністерство освіти і науки України

Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка

Хіміко-біологічний факультет

Кафедра загальної біології

• Вступ
• Розділ 1 Мікробний антогонізм: види та механізм дії
• 1.1 Поняття про мікробний антогонізм
• 1.2 Основні види антогонізму
• 1.3 Антагонізм у світі мікробів
• 1.4 Механізм мікробного антагонізму
• Розділ 2 Антибіотики та їх використання
• 2.1 Роль антибіотиків у біоценозах
• 2.2 Поняття про антибіотики
• 2.3 Дія антибіотиків на мікроорганізми
• 2.4 Основні вимоги до антибіотиків
• Висновки
• Список використаних джерел

Рис. 2. Приклад антагонізму в мікробів. Видна зона придушення росту стафілококу навколо агарового блоку з культурою актиноміцету.

Подальший етап розвитку хімії антибіотиків - зміна (трансформація) молекул цих сполук для одержання похідних, що володіють рядом переваг у порівнянні з вихідними препаратами. Такий напрямок досліджень пояснюється в основному двома причинами: необхідністю зниження токсичності антибіотиків при збереженні їх антибактеріальної дії; боротьбою з інфекційними захворюваннями, викликуваними стійкими до широко застосовувалися антибіотикам формами патогенних мікроорганізмів. Переваги похідних антибіотиків у порівнянні з вихідними виявляються також і в зміні розчинності, подовженні терміну циркуляції в організмі хворого і т.д..

Одержати похідні антибіотиків можна за допомогою як хімічного, так і біологічного синтезу. Відомий і комбінований спосіб одержання препаратів. У цьому випадку ядро молекули антибіотика формується при біосинтезі за допомогою відповідних мікроорганізмів-продуцентів, а "добудування" молекули здійснюється методом хімічного синтезу. Отримані цим способом антибіотики називаються напівсинтетичними. Так були отримані і знайшли широке застосування в клініці досить ефективні напівсинтетичні пеніциліни (метицилін, оксацилін, ампіцилін, карбеніцилін) і цефалоспорини (цефалотин, цефалоридин) з новими в порівнянні з природними антибіотиками цінними терапевтичними властивостями.

Усі ці дані, накопичені в процесі становлення і розвитку науки про антибіотики, потребували уточнення терміна "антибіотики". В даний час антибіотиками варто називати хімічні сполуки, утворені різними мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності, а також похідні цих сполук, що володіють здатністю в незначних концентраціях вибірково пригнічувати ріст мікроорганізмів або викликати їх загибель. Цілком імовірно, що і це формулювання з подальшим прогресом антибіотичної науки буде уточнюватися.

В перші роки після відкриття антибіотиків їх одержували з використанням методу поверхневої ферментації. Цей метод полягав у тому, що продуцент вирощували на поверхні поживного середовища у плоских суліях (матрацах). Щоб одержати помітні кількості антибіотика, були потрібні тисячі матраців, кожний з яких після зливу культуральної рідини необхідно було мити, стерилізувати, заповнювати свіжим середовищем, засівати продуцентом і інкубувати у термостатах. Малопродуктивний спосіб поверхневої ферментації (поверхневого біосинтезу) не міг задовольнити потреб в антибіотиках. У зв'язку з цим був розроблений новий високопродуктивний метод глибинного культивування (глибинної ферментації) мікроорганізмів - продуцентів антибіотиків. Це дозволило в короткий термін створити і розвити нову галузь промисловості, що випускає антибіотики у великих кількостях.

Метод глибинного культивування відрізняється від попередніх тим, що мікроорганізми-продуценти вирощують не на поверхні поживного середовища, а у всій її товщі. Вирощування продуцентів ведуть у спеціальних чанах (ферментаторах), ємність яких може перевищувати 50 м3. Ферментатори мають пристосування для продування повітря через поживне середовище і мішалками. Розвиток мікроорганізмів-продуцентів у ферментаторах відбувається при безперервному перемішуванні живильного і середовища подачі кисню (повітря). При глибинному вирощуванні в багато разів у порівнянні з вирощуванням продуцента на поверхні середовища збільшується нагромадження біомаси (з розрахунку на одиниця об'єму поживного) середовища, а виходить, і зростає вміст антибіотика в кожному мілілітрі культуральної рідини, тобто підвищується її антибіотична активність.

Виробнича схема біосинтезу будь-яких антибіотиків включає наступні основні стадії: ферментацію, виділення антибіотика і його хімічне очищення, сушіння антибіотика і приготування лікарської форми. Для здійснення ферментації - біохімічного процесу переробки сировини - необхідно мати поживне (середовище, сировина) і мікроорганізми, що переробляють цю сировина. Підняттю продуктивності антибіотичної промисловості, крім впровадження в практику глибинної ферментації, у значному ступені сприяло використання для біосинтезу нових високопродуктивних штамів-продуцентів. Для їх одержання були розроблені спеціальні методи селекції. Унаслідок великої варіабельності продуцентів і швидкої втрати ними вихідних властивостей (особливо рівня антибіотичної активності) необхідно було розробити методи збереження продуцентів і підтримки активності, а також способи приготування посівного матеріалу для засівання величезних обсягів поживного середовища у ферментерах.

Бактерії й актиноміцети - продуценти антибіотиків

Серед бактерій найбільш часте явище антагонізму зустрічається в спороносних паличок, що належать до роду Bacіllus (В. subtіlіs, Вас. mesenterіcus, В. brevіs, В. polymyxa і ін.), і неспороносних з роду Pseudomonas (P. fluorescens і ін.). З культури неспороносної бактерії антибактеріальна речовина піоціаназа була виділена Р. Еммеріхом і О. Лоу наприкінці минулого століття. Пізніше були виявлені антибіотичні речовини в культурах молочнокислих стрептококів, мікрококів, азотобактера й ін. Як приклад можна назвати кілька антибіотиків, утворених різними бактеріями:

Самою багатої антагоністами групою ґрунтових мікроорганізмів виявилася група променистих грибків, актиноміцетів, а серед них - представники роду Actіnomyces. Переважна більшість антибіотиків, що знайшли застосування в медицині і народному господарстві, отримано саме з цієї групи мікроорганізмів.

Численними роботами дослідників установлено, що актиноміцети-антагоністи зустрічаються в різних природних субстратах, але більше всього їх у ґрунті (до декількох мільйонів у 1 г). У деяких ґрунтах можна знайти порівняно невелику кількість актиноміцетів, але майже усі вони виявляються антагоністами. Установлено, що в окультурених, добре угноєних ґрунтах зустрічається більше актиноміцетів-антагоністів, ніж у ґрунтах цілинною, бідних органічною речовиною, малородючих ґрунтах. Багато антагоністів було виявлено Н. А. Красильниковим у ґрунтах південних посушливих районів. Крім кліматичних і географічних умов, на вміст актиноміцетів-антагоністів у ґрунтах впливають також сезонність, рослинний покрив, мікробне населення, вологість, кислотність і тип ґрунту, забезпечення її киснем і багато інших факторів.

Однієї з характерних рис антибіотиків є вибірковість дії - кожен антибіотик діє на визначений набір видів мікроорганізмів, тобто має свій специфічний антимікробний спектр дії. Наприклад, актиноміцети, що належать до виду Actіnomyces streptomycіn, пригнічують ріст грампозитивних і грамнегативних бактерій, мікобактерій, деяких видів дріжджів і грибів. Actіnomyces levorіs не пригнічує ріст бактерій, але пригнічує розвиток дріжджів, деяких дріжжоподібних організмів, міцеліальних грибів і т.д. Антимікробний спектр дії - один з таксономічних ознак у систематику актиноміцетів, що служать для розмежування видів. Вироблювані актиноміцетом антибіотики не пригнічують розвитку власної культури навіть у концентраціях, що у багато разів перевищують мінімальну концентрацію, яка пригнічує ріст інших мікроорганізмів.

Багато учених вважають, що здатність синтезувати антибіотики - корисне для виду пристосування, що виробилося і закріплене в процесі еволюції організмів. Продукування антибіотиків - один з факторів, що дає певні переваги мікроорганізму-антагоністу в боротьбі за існування в складних природних мікробних асоціаціях. Відповідно до іншої точки зору, антибіотики являють собою "елементи" обміну речовин у мікроорганізму, які не відіграють пристосувальної, еволюційної ролі. Ця точка зору розділяється З. Ваксманом, X. Лешевалье і деякими іншими закордонними дослідниками. Своє трактування вони обґрунтовують головним чином так, що, по-перше, антибіотики утворюються не всіма широко розповсюдженими мікробами; по-друге, антибіотики швидко інактивуються в ґрунті. Але продукування антибіотиків - лише одне з пристосувань, вироблене мікробами в боротьбі за існування. Антагонізм мікробів може обумовлюватися і рядом інших речовин, крім антибіотиків, а також пристосувальними механізмами, не зв'язаними з утворенням хімічних сполук. Усе це також може сприяти широкому поширенню мікробів, у яких не виявлена здатність синтезувати антибіотики. До цього ж варто додати, що в лабораторних умовах, коли той або інший актиноміцет вирощують ізольованно (поза природним мікробним співтовариством) на штучних поживних середовищах не завжди вдається виявити здатність до синтезу антибіотика. Тобто неактивні в лабораторних умовах штами актиноміцетів здатні до біосинтезу антибіотиків.

Що стосується другого доводу, то в літературі є численні дані, що свідчать про наявність антагонізму між мікробами в ґрунті, обумовленого виділенням антибіотиків. Ці дані підтверджені лабораторними досвідами на чистих культурах мікроорганізмів і перевірені в польових умовах. У мікрозонах, де є присутнім антибіотик (у ґрунті), він безумовно впливає на мікроби, що контактують з ним. Дійсно, у ґрунті відбувається процес руйнування антибіотиків як під впливом різних фізико-хімічних факторів (рН, наявність колоїдів і ін.), так і в результаті інактивації специфічними речовинами (ферментами), утвореними мікробами. Однак це не може бути доказом відсутності дії антибіотиків на мікроби в ґрунті. Інактивація антибіотиків мікроорганізмами - природна реакція живого організму на шкідливий вплив середовища.

У відповідь на вплив антибіотиків мікроорганізми виробляють різні форми захисту. У будь-якому випадку остаточний результат цієї взаємодії буде визначатися цілим рядом і таких факторів, як швидкість розмноження, інтенсивність утворення антибіотиків і інактивуючих речовин, здатність повніше використовувати речовини навколишнього середовища для життєдіяльності, ступінь стійкості до несприятливих фізико-хімічних умов існування і т.д.

Рис. 3. Колонії актиноміцетів, що утворюють антибіотики, на поверхні агаризованих поживних середовищ

Таким чином, антибіотики не можуть вважатися випадковими елементами обміну речовин мікробної клітини, не граючої пристосувальної ролі в боротьбі за існування.

Ще в давні часи індіанці племені майя застосовували плісняву для лікування при ранах і захворюваннях кишок. У середні віки Ібн-Сіпа використовував плісняву при гнійних ранах. У 187t-p. терапевт В. О. Манассеїн відкрив пригнічення зеленою пліснявою мікроорганізмів у живильному середовищі Пастера, а дерматолог О. Г. Полотебнов застосував емульсію цієї плісняви для лікування при виразках та гнійних ранах. У 1877 р. у дисертації Н. В. Лебединськин вказав, що продукти, які запліснявіли, зменшу ють кількість мікроорганізмів у кишках. В 1877 р. Луї Пастер та Жубер відкрили принцип антагонізму мікроорганізмів, установивши загибель бацили сибірки в суміші з гноєтворною флорою. На основі вчення Л. Пастера про антагонізм мікроорганізмів 1. І. Мечніков показав, що культура молочнокислих бактерій гальмує розвиток гноєтворної флори кишок. У 1928 р. англійський вчений О. Флемінг відкрив антибіотик пеніцилін із плісняви Penicillium nodosum, очищений препарат якого було отримано у 1940 р. американськими вченими X. В. Флорі та Е. Б. Чейном. У Росії в 1942 р. пеніцилін було отримано із плісняви Penicillium crustosum З. В. Єрмольєвою, яка також налагодила його промисловий випуск. Виділення стрептоміцину із променистого гриба у 1944 р. пов'язано з ім'ям американського вченого З. Ваксмана.

Страницы: 1, 2