Биосинтез антибиотиков - наследственная особенность организмов, проявляющаяся в том. Что каждый вид (штамм) способен образовывать один или несколько вполне определенных, строго специфичных для него антибиотических веществ.
Вместе с тем известно, что одинаковые антибиотики могут образовываться несколькими видами организмов. И это нисколько не противоречит мысли о наследственно закрепленном свойстве микроорганизмов продуцировать определенные антибиотические вещества.
Выявление потенциальной возможности образовывать в процессе жизнедеятельности антибиотики связано с условиями культивирования организмов. В одних условиях организм образует антибиотик, в других условиях тот же организм при хорошем росте не будет обладать способностью синтезировать антибиотическое вещество. Однако такие явления наблюдаются в лабораторных условиях культивирования изучаемого организма, в условиях ограниченного или слишком богатого выбора источников питания.
Вторая точка зрения состоит в том, что антибиотические вещества, образуемые микроорганизмами, носят случайный характер, зависящий лишь от условий культивирования. По мнению этих авторов (Ваксман и другие), образование антибиотиков - это не закрепленное свойство организма, проявляющееся только при развитии организма в специфической среде и при наличии особых внешних условий. Поэтому антибиотики не имеют для продуцентов приспособительного значения, их образование не связано с эволюцией микроорганизмов. Эта точка зрения основывается на двух положениях:
1. Не все микроорганизмы образуют антибиотические вещества, что, однако, не мешает их широкому распространению в природе.
2. Антибиотические вещества, даже самые устойчивые, довольно быстро инактивируются в почве, в этом естественном местообитании большинства микроорганизмов. Только при максимальном насыщении почвы антибиотиками можно получить соответствующий биологический эффект.
Как пишут Ваксман и Лешевалье (1962), антибиотики являются "лабораторными продуктами, образуемыми растущими чистыми культурами микроорганизмов в условиях богатой питательными веществами среды при хорошей аэрации, но они не обнаруживаются в почве".
Итак, по мнению названных авторов, следует что антибиотики, образуемые микроорганизмами, носят случайный характер, зависящий только от условий культивирования. Если бы это действительно имело бы место, то мы были бы вправе ожидать, что при изменении условий культивирования, например, для продуцента стрептомицина, можно было бы получить образование, например, хлортетрациклина или пенициллина. Но ведь этого никогда не бывает, как бы не менялись условия культивирования, как бы серьезно не менялся состав среды для культивирования.
Экспериментатору удается путем изменения условий культивирования получить больший или меньший выход антибиотика, или создать условия, при которых антибиотик вообще не будет образовываться. Можно также путем изменения условий культивирования продуцента добиться преимущественного биосинтеза одного из антибиотиков, при условии образования изучаемым организмом нескольких антибиотических веществ, или же получить новые формы антибиотиков, но только в пределах тех соединений, которые способны синтезироваться этим организмом. Но экспериментатору, по-видимому, никогда не удается достичь того, чтобы продуцент стрептомицина Act. Streptomycini путем изменения условий культивирования начал образовывать хлортетрациклин и пенициллин. Наследственная особенность продуцента стрептомицина состоит в том, что он может образовывать стрептомицин или гризеин, или другие антибиотики, свойственные данному виду. И только их, но не пенициллин, не антибиотики тетрациклиновой группы, не актиномицины и не какие другие антибиотики.
Образование антибиотиков нельзя считать случайным явлением в жизнедеятельности микроорганизмов. Этот процесс обусловлен определенным характером обмена веществ, возникшим и закрепленным в процессе эволюции организма. Однако нельзя отрицать того факта, что в отдельных случаях проявление антагонизма у микроорганизмов связано с образованием продуктов обмена, не являющихся специфическими веществами их метаболизма. Такой характер имеет антагонизм у уробактерий, обусловленный выделением аммиака при использовании мочевины, или антагонизм некоторых молочнокислых бактерий, связанный с выделением ими перекиси водорода и т.д. Но такие продукты жизнедеятельности микроорганизмов мы не называем антибиотиками.
Ваксман и Лешевалье (1962) считают, что антибиотики образуются только чистыми культурами. Однако это положение далеко не обязательно. Многие виды микроорганизмов, в частности актиномицеты, способны образовывать антибиотические вещества только в присутствии других организмов (Макаровская, 1956; Егоров и др., 1960; Красильников и Егорова, 1960).
Ваксман и его последователи основывают свою концепцию на том, что не все микроорганизмы способны образовывать антибиотики, что, однако, не мешает им быть широко распространенными в природе.
Образование антибиотиков - лишь одна из форм антагонистических взаимоотношений, существующих в мире микроорганизмов. В борьбе за распространение в природе микроорганизмы "используют" не только фактор антибиотикообразования, но и многие другие эволюционно закрепленные особенности, дающие им преимущество в острой конкурентной борьбе с другими видами.
Образование антибиотиков микроорганизмами при культивировании их в условиях лаборатории действительно, по мнению многих исследователей, проявляется далеко не у всех организмов. Так, в ряде работ отмечается, что всего лишь 40 - 70 процентов штаммов актиномицетов обладают антибиотической активностью, а остальные штаммы являются неактивными.
Однако Егоров (1956) экспериментально показал, что при соответствующих условиях культивирования все, так называемые, неактивные штаммы актиномицетов способны в той или иной степени образовывать антибиотические вещества и в лабораторных условиях.
Макаровская (1956) и Егоров с сотр. (1960) установили, что продукты жизнедеятельности некоторых микроорганизмов способствуют проявлению антибиотических свойств у так называемых неактивных штаммов актиномицетов; они также вызывают усиление уже ранее определенных антагонистических свойств актиномицетов.
Гаузе (1968), Davies, Williams (1970) и другие авторы, применяя при поисках продуцентов антибиотических веществ новые тест-организмы (например, штаммы микробов с дефектом окисления, актиномицеты), а также используя метод выращивания актиномицетов на средах, содержащих некоторые антибиотики, получали ранее неизвестные антибиотические вещества с ценными свойствами (например, со свойствами антиметаболитов и др.).
Наконец, сторонники второй концепции основываются на том, что антибиотические вещества в почве быстро инактивируются, а поэтому не могут играть какой-либо биологической роли.
Действительно, многие антибиотики, искусственно внесенные в почву, довольно быстро в ней исчезают. Известно также, что многие антибиотики при тех же условиях могут сохраняться в почве довольно длительное время (до нескольких недель).
При рассмотрении вопроса о биологической роли антибиотиков, образуемых микроорганизмами в естественных местах обитания, в особенности в почве, следует иметь ввиду, что в почве микроорганизмы расселяются не диффузно, а живут отдельными колониями (Красильников, 1936, 1951; Новогрудский, 1936, 1949).
Существенное значение приобретает факт адсорбции микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности, в том числе и антибиотиков, на частицах почвы (Звягинцев, 1973). В естественных местах обитания (почва) микроорганизмов происходит своеобразная иммобилизация клеток и образующихся продуктов метаболизма (антибиотиков, ферментов, токсинов и др.), что играет огромную роль в проявлении биологической активности у микроорганизмов.
Красильниковым было показано, что в тех местах, где имеется больше органических остатков, обильнее развиваются микробы и образуемые ими очаги имеют большие размеры. Обычно такое развитие микроорганизмов наблюдается в порах между твердыми частицами почвы или на частицах почвы.
При развитии микробного очага, который может состоять из представителей одного или нескольких (не антагонистических) видов, образуются продукты жизнедеятельности. в том числе и антибиотические вещества, которые диффундируя в соседние поры, могут играть там важную биологическую роль.
Итак, антибиотики могут образовываться и образуются при развитии микроорганизмов в естественных местах их обитания (почва) без внесения туда дополнительных питательных веществ.
Образовавшиеся в почве антибиотики в зависимости от их химического строения способны сохраняться там определенное время и проявлять свое биологическое действие.
Положения, из которых исходят противники активной биологической роли антибиотиков. имеют серьезные возражения. Они не могут ни в какой степени поколебать единственно правильный взгляд от активной биологической роли антибиотиков. развиваемый нашими микробиологами и поддержанный рядом зарубежных исследователей, рассматривающих образование антибиотических веществ как средство приспособления, выработавшееся в процессе эволюционного развития организмов.
Разумеется, биологическую роль подробно можно выяснить лишь при детальном изучении отдельных веществ. установлено, например, что некоторые антибиотики оказываются довольно вредными продуктами жизнедеятельности для собственных продуцентов. Так, флавинин, образуемый грибом Aspergillus flavipes, подавляет развитие собственного продуцента в концентрации 1,25 мкг/мл, а антибиотик пиоцианин играет активную роль в окислительно-восстановительном процессе бактерий, образующих это вещество.
Однако любое детальное изучение биологической роли того или иного антибиотика может подтвердить лишь вывод о том, что это вещество не может быть случайным продуктом обмена, а есть результат метаболизма, появившегося в процессе эволюции продуцента.