Антибиотики

Термин впервые введен в 1942 г. З.Ваксманом для обозначения химических веществ, продуцируемых микроорганизмами и способных подавлять рост других микроорганизмов. Продуцентом первого антибиотика пенициллина был штамм микроскопического гриба Penicillium notatum, выделенный английским ученым А. Флемингом в 1928 г. В 1941-42 гг. оксфордские биохимики Е.Чейн и Г.Флори получили из культуральной жидкости этого гриба пенициллин в чистом виде. За это открытие А.Флеминг, Е.Чейн и Г.Флори были удостоены Нобелевской премии. Первый отечественный пенициллин крустозин был получен в 1943 г. З.В. Ермольевой из Prnicillium crustosum. Этот антибиотик в годы Великой Отечественной войны получил высокую оценку как средство лечения гнойно-воспалительных процессов. С открытием антибиотиков возникла новая область в биологии – наука об антибиотиках. В настоящее время известны полусинтетические антибиотики, представляющие собой модификации ядер молекул природных антибиотиков, обнаружена также противоопухолевая активность некоторых антибиотиков.

Антибиотиками называются специфические вещества, образуемые клеткой в процессе жизнедеятельности, а также их производные и синтетические аналоги, обладающие способностью избирательно подавлять развитие микроорганизмов или задерживать развитие злокачественных новообразований.

По происхождению антибиотики подразделяются на: 1) продуцируемые актиномицетами (стрептомицин, эритромицин, мономицин, канамицин, нистатин, гентамицин), большинство используемых в медицине антибиотиков, выделено из актиномицетов; 2) продуцируемые грибами, продуцентами более 100 антибиотиков являются микроскопические грибы (пенициллин, цефалоспорины – р. Cephalosporium); 3) продуцируемые бактериями, чаще всего продуценты антибиотиков встречаются среди спорообразующих грибов (грамицидин – Bacillus brevis, полимиксин – Bacillus polymyхa), хотя имеются и среди неспорообразующих бактерий (из молочнокислых бактерий Streptococcus lactis получен и нашел применение в пищевой промышленности антибиотик низин), один и тот же микроорганизм может продуцировать большое количество антибиотиков разного строения (из Bacillus subtilis выделено свыше 70 антибиотиков, из Pseudomonas aeruginosa – более 30); 4) продуцируемые растениями (фитонциды), например, из бессмертника получен антибиотик аренарин, из чеснока – аллицин, из зверобоя – иманин и новоиманин, эти антибиотики применяют в медицине и в растениеводстве для борьбы с возбудителями болезней сельскохозяйственных растений; 5) полученные из тканей животных (к таким антибиотикам относится лизоцим – белок, губительно, действующий на микроорганизмы; лизоцим содержится в слюне, яйцах, сыворотке крови, лейкоцитах, молоке, рыбьем жире. Из молок рыб получен антибиотик экмолин, он обладает антимикробным и антивирусным действием, усиливает эффективность действия других антибиотиков при совместном применении).

По химическому составу наиболее распространенные антибиотики относятся к следующим группам: 1) азотсодержащие гетероциклические соединения, имеющие в своем составе β-лактамное кольцо (пенициллины, цефалоспорины); 2) ароматические соединения, производные диоксиаминофенилпропана (левомицетин, хлорамфеникол); 3) тетрациклины, содержащие четыре конденсированных шестичленных цикла (тетрациклин и его производные); 4) аминогликозидные соединения, в составе которых имеются аминосахара (стрептомицин, мономицин, канамицин, гентамицин); 5) макролиды, содержащие макроциклическое лактонное кольцо, связанное с аминосахарами (эритромицин, олеандомицин); 6) ациклические соединения с несколькими сопряженными двойными связями -(СН=СН)– (полиеновые соединения - нистатин, леворин). Имеются и другие химические группы антибиотиков, которые реже используются качестве химиотерапевтических препаратов (рисунок Б.1).

По механизму антимикробного действия можно выделить антибиотики: угнетающие синтез клеточной стенки бактерий (пенициллины, цефалоспорины); нарушающие функции рибосом и процессы синтеза белков в микробных клетках (макролиды, аминогликозиды, тетрациклины, левомицетин): нарушающие функции цитоплазматической мембраны (полимиксин, нистатин, леворин, грамицидин); нарушающие синтез РНК бактерий (рифампицин); подавляющие репликацию ДНК (новобиоцин). Механизм действия противоопухолевых антибиотиков обусловлен главным образом нарушением метаболизма ДНК и РНК опухолевых клеток.

По антимикробному спектру антибиотики подразделяются на две группы - антибиотики узкого спектра действия и антибиотики широкого спектра действия. К антибиотиками узкого спектра действия относится пенициллины, оказывающие губительное действие только на грамположительные бактерии и кокки, спирохеты. Они неактивен в отношении грамотрицательных бактерий, кислотоустойчивых бактерий, микоплазм, риккетсий, простейших. Антибиотиками широкого спектра действия являются аминогликозиды, они подавляют рост кислотоустойчивых бактерий (микорбактерий туберкулеза), рост многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, некоторые действуют на простейших. К антибиотикам широкого спектра действия относятся также тетрациклины.

Многие антибиотики постепенно утратили свою эффективность в связи с возникновением у микроорганизмов устойчивости к ним. Естественная устойчивость обусловлена отсутствием у микроорганизмов "мишени" для действия антибиотиков, т.е. отсутствием у микроорганизмов такого звена в цепи метаболических реакций, которое блокировалось бы под действием антибиотиков. Приобретенная устойчивость может быть обусловлена мутациями в хромосомных генах, контролирующих синтез компонентов клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, рибосомальных или транспортных белков. Такого рода мутации делают клетку неуязвимой для антибиотиков.

Антибиотики в пищевой промышленности. К использованию антибиотиков для консервирования пищевых продуктов необходимо относиться с осторожностью. Особенно это касается тех антибиотиков, которые находят применение в медицине. В первую очередь это связано с тем, что у микроорганизмов может возникнуть устойчивость к ним, что приведет к потере лечебного действия антибиотиков. К антибиотикам в пищевой промышленности предъявляются определенные требования: они должны иметь широкий антибактериальный спектр действия; не обладать токсичностью и не влиять на качество пищевых продуктов; легко инактивироваться при тепловой обработке или при хранении. Этим требованиям отвечают антибиотики из группы тетрациклинов. Тетрациклины выделяются различными стрептомицетами и химически очень близки между собой. Тетрациклины нашли применение и в рыбной промышленности. Они активны против ряда микроорганизмов, особенно против грамотрицательных бактерий, которые играют большую роль в порче рыбы. К пищевым антибиотикам относится также низин, который не применяется в медицине. Низин подавляет развитие грамотрицательных бактерий, действует на вегетативные клетки и прорастающие споры.