Антимикробные свойства

Химический состав и обмен веществ у грибов определяется наследственностью (таксономическая составляющая) и окружающей средой (реактивная составляющая). Протекающие в грибах биохимические процессы разделяют на «первичный обмен веществ» и «вторичный обмен веществ».

Первичный обмен веществ связан с вегетативным развитием гриба (трофофазой) и заключается в синтезе макромолекул и липидов (увеличение биомассы), получении энергии и строительного материала для обмена веществ. В этот период мицелий на большом протяжении контактирует с субстратом, и каждая вегетативная единица питается самостоятельно. Поглощение и расходование питательных веществ взаимно уравновешены. Грибная масса регулярно увеличивается. Позже, по мере накопления метаболитов, истощения среды и прочих изменений условий регуляция метаболизма нарушается и происходит переход к «вторичному обмену веществ» (идиофаза). Грибы образуют воздушный мицелий, существование которого зависит от транспорта веществ внутри таллома. Физиологически это проявляется появлением множества вторичных метаболитов, которые находятся в клетках, выделяются в среду или используются грибами в новых, продолжающих меняться условиях.

Первичный метаболизм грибов:

Углеводный обмен играет важную роль в жизнедеятельности грибов. Моносахариды и другие низкомолекулярные соединения углерода являются важнейшей и легко усвояемой пищей грибов [24,с 608]. Грибы быстрее, чем другие микроорганизмы, поглощают и ассимилируют различные углеводы.

· Аминокислотный обмен. Грибы синтезируют аминокислоты из простых соединений углерода и азота. Аминокислоты используются ими для синтеза белков, витаминов (например, пантотеновой кислоты), нуклеотидов и алкалоидов, получения других аминокислот и энергии.

· Витамины. Грибы нуждаются в поступлении витаминов извне (ауксотрофность), но и сами способны синтезировать некоторые витамины (прототрофность). Грибы не нуждаются в жирорастворимых витаминах и аскорбиновой кислоте.

· Микроэлементы. Грибам, как и прочим микроорганизмам, необходимы очень малые количества некоторых неорганических компонентов питательной среды. Важнейшие из них – ионы тяжелых металлов[18,c. 331]. Недостаток микроэлементов ограничивает рост и активность грибов, а их высокие концентрации часто токсичны.

Вторичный метаболизм грибов:

Вторичный метаболизм характерен для репродуктивной фазы развития грибов. Он отражает индивидуальные особенности грибного таксона. Образующиеся в процессе вторичного метаболизма продукты специфичны для продуцирующего их штамма, вида или рода гриба; они могут вызывать дифференцировку таллома. Различные вторичные метаболиты (антибиотики, микотоксины) могут действовать на другие организмы.

К вторичным метаболитам относятся половые гормоны, микоспорины, пигменты, антибиотики, микотоксины. Так, например, из примерно 3200 известных антибиотиков 772 (около 24%) синтезируются грибами (пенициллин, цефалоспорин С, гризеофульвин и др.). Микотоксин афлатоксин, попадая в организм человека или животного с зараженной грибами пищей, оказывает канцерогенное, тератогенное, мутагенное действие и нарушает иммунные реакции. Среди биологически активных веществ, у грибов выделяют стимуляторы роста, витамины, антибиотики[23,c. 336]. Антибиотики требуют более детального рассмотрения и будут рассмотрены в дальнейших главах.

Антимикробные свойства

Крайне важная задача современности – получение антимикробных препаратов, эффективных в борьбе с суперрезистентными бактериальными штаммами. Не секрет, что суперинфекции являются одной из самых существенных угроз здоровью современного человека. Грибы – можно сказать, кладовая антибиотиков и могут оказать большую пользу в борьбе с болезнетворными бактериями.

Антибиотики – специфические продукты жизнедеятельности некоторых видов грибов, которые задерживают или полностью подавляют рост других видом микроорганизмов. В переводе с греческого означает «против жизни», следовательно, антибиотики – это вещества, обладающие токсическим действием их продуцентов, которые обладают токсическим свойством по отношению к другим микроорганизмам. Поэтому антибиотики можно считать токсинами бактерий и других микроорганизмов. Понятие антибиотиков не точно так как известны многие антибиотики обладающие токсическим действием на организм человека и животных.

В последние время ученых-медиков заинтересовали грибы, как способ лечения от заболеваний. Еще 60 лет назад, ученые знали, что грибы образуют антибиотики, которые пагубно действуют на болезнетворных микроорганизмов [21,с. 319]. Антибиотики убивают возбудителей туберкулеза, менингита, туляремии, дифтерии и многих других инфекционных заболеваний. Первые попытки выделения антибиотика были сделаны Эммерихом (1889г.) изолировавшим из культур синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa) вещество, которое он назвал пиоциназой, обладающее бактерицидными свойствами в отношении возбудителей сибирской язвы, брюшного тифа, дифтерии, чумы и стафилококков.

Переворот в учении об антибиотиках произошёл в результате открытия А. Флемингом пенициллина. В 1940 г. Флори и Чейн разработали метод извлечения пенициллина из культуральной жидкости Penicillium notatum, и вскоре была выявлена высокая терапевтическая активность этого препарата. Первый антибиотик, был разработан Флемингом еще в 1928 году – пенициллин. Постепенно, исследователи стали уделять большое внимание разнообразию грибов, содержащих антибиотики, и было обнаружено таких 250 видов

После открытия антибиотиков учёные надеялись, что еще немного и человечество навсегда избавится от большинства инфекционных болезней. Но все оказалось не так просто. Дело в том, что примерно через два года после начала широкого применения антибактериального препарата в медицинской практике у болезнетворных бактерий вырабатывается устойчивость к нему. Такая устойчивость, называемая резистентностью, есть ответная наследственно закрепленная реакция микроорганизмов на антибиотики. С биологической точки зрения в соответствии с теорией Дарвина выработка устойчивости не что иное, как результат межвидовой борьбы за существование между человеком и патогенной бактерией (или другим организмом-мишенью, на который нацелено применение антибиотика). Популяции бактерий постоянно видоизменяются; при их размножении возникают различные мутации, в том числе и те, благодаря которым микроорганизмы приобретают резистентность к применяемому препарату. Благодаря высокой скорости размножения и большой численности популяций частота возникновения мутаций, обеспечивающих устойчивость к антибиотику, оказывается достаточно высокой, чтобы выжившие, то есть устойчивые формы компенсировали потери популяции бактерий. Так рождаются новые формы резистентных болезнетворных микроорганизмов[16,с 500]. Если человек заразился устойчивым штаммом патогена, то лечить его ранее использовавшимся антибиотиком бесполезно. Для борьбы с такими устойчивыми микроорганизмами строятся биотехнологические производства с продуцентами антибиотиков нового спектра действия.

До широкого масштаба производства требуются исследования в областях микробиологии, ботаники, микологии и т.д. С этой точки зрения биотехнологическое производство является выгодным благодаря круглогодичности и сберегающим по отношению к окружающей среде. Из базидиомицетов наиболее часто культивируемым является гриб Pleurotus ostreatus, технологические приемы глубинного культивирования разработаны именно на данном грибе.

Определение чувствительности микроорганизмов – возбудителей инфекционных заболеваний человека к антибактериальным препаратам – приобретает все более важное значение в связи с появлением и широким распространением антибиотико-резистентности у бактерий. Необходим постоянный поиск более сильных и новых антибиотиков, на которые у микроорганизмов нет резистентности. Так как мутации микроорганизмов происходят часто в ответ на широкий спектр антимикробных препаратов, то и поиск новых более эффективных антибиотиков должен быть незамедлительным. Так изучение базидиальных макромицетов набирает обороты, поскольку открываются все новые сведения о наличии антимикробной активности у большинства грибов. Поиск естественных антибиотиков продолжается. В этих целях уже исследованы тысячи видов высших грибов, как съедобных, так и ядовитых. Исследования, проведенные по изучению антимикробных веществ у грибов, пока ведутся. Лекарства полученные из макромицетов, как таковые не зарегистрированы и не прошли должной апробации, сведения о «грибных» антибиотиках можно привести только для ознакомления. К примеру, из вида рыжиков был получен очень сильный антибиотик – лактариовиолин, тормозящий рост бактерий, в том числе и бактерию туберкулеза [28,c. 382]. В 70 годах из шампиньонов получили – агаридоксин, обладающего широким спектром действия.

Определение активности антибиотиков основано на их способности угнетать рост микроорганизмов. Определение проводят методом диффузии на плотной питательной среде путем сравнения размеров зон угнетения роста тест-микроорганизмов, образующихся при испытании растворов определенных концентраций стандартного образца фармакопейного качества и испытуемого препарата [15,c. 143]. Метод диффузии основан на способности антибиотических веществ диффундировать в толщу агара и вызывать задержку, торможение или подавление роста тест-микроба. В качестве тест-объекта для определения антимикробной активности используются микроорганизмы.

Характеристика тест-систем:

· Синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) обнаруживается при абсцессах и гнойных ранах, ассоциирована с энтеритами и циститами. Факторами патогенности P. aeruginosa является наличие подвижности, токсинообразование, продукция гидролитических ферментов. Прогноз ухудшается высокой резистентностью к действию антибиотиков. P. aeruginosa устойчива к действию многих беталактамов, аминогликозидов, фторированных хинолонов.

P. aeruginosa – вид грамотрицательных подвижных палочковидных бактерий. Обитает в воде, почве, условно патогенна для человека, возбудитель нозокомиальных инфекций у человека. По форме прямая или искривлённая с закруглёнными концами палочка, размеры: 1-5 на 0,5-1,0 мкм. Относится к хемоорганогетеротрофам, облигатный аэроб. Растёт на питательных средах: МПА (среда окрашивается в сине-зелёный цвет), МПБ (в среде помутнение и пленка, также сине-зелёный цвет). Соблюдение температур 42 °C, оптимальной температурой является 37 °C. Образует протеазы. Продуцирует характерные пигменты: пиоцианин (феназиновый пигмент, окрашивает питательную среду в сине-зелёный цвет, экстрагируется хлороформом), пиовердин (желто-зелёный флюоресцирующий в ультрафиолетовых лучах пигмент) и пиорубин (бурого цвета).

· Esherichia coli – вид грамотрицательных палочковидных бактерий, широко распространённых в нижней части кишечника теплокровных животных. Большинство штаммов E. coli являются безвредными.

Оптимальный рост достигается культурами E. coli при температуре 37°C, некоторые штаммы могут делиться при температурах до 49°C. Рост может стимулироваться аэробным или анаэробным дыханием. Бактерии легко могут быть выращены в лабораторных условиях, поэтому кишечная палочка играет важную роль в генетических исследованиях. E. coli является одним из самых изученных прокариотических микроорганизмов и одним из самых важных объектов биотехнологии и микробиологии. E. coli вызывает огромное количество заболеваний, в таких случаях в лечение включается применение антибиотиков. Антибиотики применяются таким образом, чтобы не подавлять нормальную микрофлору кишечника, иначе возможно развитие дисбактериоза. E. coli очень чувствительна к таким антибиотикам, как стрептомицин или гентамицин. Однако она может быстро приобретать лекарственную устойчивость.

· Enterococcus faecealis – вид бактерий рода энтерококков, входящий в состав нормальной микрофлоры пищеварительного тракта человека, а также некоторых млекопитающих. По принятой ранее классификации энтерококки относились к стрептококкам группы D и E. faecium назывались Streptococcus faecium. E. faecium – это молочнокислые грамположительные бактерии, не образующие спор и капсул, факультативные анаэробы (способные использовать энергию брожения поэтому, жить и при больших и при ничтожных количествах кислорода). Оптимальная температура культивирования энтерококков +36 °С.

Энтерококки осуществляют метаболизм бродильного типа, ферментируют разнообразные углеводы с образованием в основном молочной кислоты, Энтерококки высокорезистентны к различным факторам внешней среды и дезинфицирующим средствам, могут длительное время сохранять жизнеспособность на предметах домашнего обихода, выдерживают нагревание до 60 °С в течение 30 минут.

· Staphilococcus Soprofiticus – неподвижные грамположительные кокки, диаметр клетки которых составляет от 0,6 до 1,2 мкм. Для представителей рода характерно деление в нескольких плоскостях, результатом чего есть расположение микробных клеток “виноградными гроздьями” в чистой культуре. Они факультативные анаэробы, хемоорганотрофы с окислительным и ферментативным типом метаболизма.

Формы колоний на плотных питательных средах – округлые, выпуклые, пигментированные (белые, желтые, золотистые). На жидких – равномерное помутнение. Широко распространены в почве, воздухе, представители нормальной кожной микрофлоры человека и животных. В состав этого рода входят патогенные и условно патогенные для человека виды, колонизирующие носоглотку, ротоглотку и кожные покровы. Может вызывать острый цистит и уретрит. Лечение затруднительно ввиду высокой устойчивости к антибиотикам.