Мікробний антогонізм як основа використання антибіотиків (стр. 2 из 5)

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 сполукдля одержання похідних, що володіють рядомпереваг 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. Ферментаторимають 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:

Організм-продуцент	Антибіотик
Bacіllus brevіs	грамицидин і тироцидин
Bacіllus brevіs var. G.-B.	грамицидин 3
Bacіllussubtіlіs, Вас. mesenterіcus	субтплин, бацитрацин
Bacіlluspolymyxa	полимиксин
Pseudomonaspyocyanea	пиоцианин
Streptococcuslactіs	низин

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.

1.4 Механізм мікробного антагонізму

Механізми мікробного антагонізму різні. Механізм антагонізму різний і в багатьох випадках не зрозумілий. Найчастіше антагоністи діють на конкурентів продуктами обміну речовин, у тому числі антибіотиків, або витісняють їх унаслідок більш інтенсивного розмноження або переважно споживання їжі. Ще в 19 ст. неодноразово намагалися використовувати явище антагонізму для лікування хвороб, викликаних бактеріями, але не мали успіху, тому що працювали з неочищеними препаратами. Мікроби-антагоністи широко використовуються у виробництві антибіотиків.

Вони можуть бути зв'язані з конкуренцією за кисень і поживні речовини, зі зміною рН середовища убік, несприятливий для конкурента, і т.д. Одним з універсальних механізмів мікробного антагонізму є синтез хімічних речовин-антибіотиків, що пригнічують ріст і розмноження інших видів мікроорганізмів (бактеріостатична дія), або вбивають їх (бактерицидна дія).

Розділ 2 Антибіотики та їх використання

2.1 Роль антибіотиків у біоценозах

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 Actіnomycesstreptomycіn, пригнічують ріст грампозитивних і грамнегативних бактерій, мікобактерій, деяких видів дріжджів і грибів. Actіnomyceslevorіs 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.