ПОДЕЛИТЬСЯ С ДРУЗЬЯМИ:
Микроорганизмы, продуцирующие антибиотики, и их биология.
Строить планы.
1. История антибиотиков
2. Микроорганизмы, продуцирующие антибиотики
3. Различные антибиотики
Войти.
История антибиотиков.
Идея борьбы с микробами принадлежит Пастеру, выявившему в гное с 1862-1868 гг. бациллы сибирской язвы. В 1871 г. русский врач посетил В. А. Монассейна и А. Г. Полотебкова и велел прикладывать его к инфицированным ранам. Но это не сработало. Вскоре Мечников применил молочнокислые бактерии (лактобактерии) против гнойных бактерий в кишечнике человека. Английский ученый А. Флеминг в 1928 открыл первый антибиотик — пенициллин. Он обнаруживает, что Penicillium notatum обладает способностью лизировать колонию стафилококка. Но за последние 10 лет изучение пенициллина продвинулось настолько далеко, что было установлено, что его способность бороться с микробами низка. Вторая мировая война заставила исследовать антибиотики для лечения глубоких ран.
В 1940 г. английскими учеными Х. Флори и Э. Эйеном был получен препарат пенициллина, который не подвергался очистке, содержал Н. антибиотики, но обладал высокой активностью. В дальнейшем опыты, проведенные в 39 лабораториях Великобритании и США, показали, что выявлено более 1000 штаммов P.notatum и P.chrysogenum, разработаны методы культивирования и выделения пенициллинов и их применения в медицине. Строение пенициллина было установлено в 1945 г. химическими методами и рентгеноструктурным анализом.
(Р. Вудворд, Д. Ходжкин, Р. Робинсон)
З. А. Ваксман внесла большой вклад в изучение антибиотиков. Он не выделял важные антибиотики, а разработал их с помощью метода скрининга. Хлормфенинол и тетрациклин были открыты в 1948-1950 гг. С 1952 по 1954 год и до 60-х годов были идентифицированы все типы антибиотиков. В 1950 г. было идентифицировано 150, в 1960 г. 1200 и в 1970 г. более 2000 антибиотиков. В настоящее время открытие и выделение антибиотиков происходит гораздо медленнее. Но ежегодно открывается 50 новых веществ. В настоящее время в медицине используется от 50 до 100 антибиотиков, и 60-65% из них продаются на мировом рынке.
По механизму действия антибиотики можно разделить на 4 вида
1) ингибиторы синтеза клеточной стенки бактерий
2) ингибитор м-РНК синтеза оксила
3) Ингибитор нуклеиновой кислоты
4) Функционализированный ингибитор цитоплазматической мембраны.
Микроорганизмы, продуцирующие антибиотики
Многие микроорганизмы обладают способностью синтезировать различные физиологически активные вещества: ферменты (биологические катализаторы), витамины, аминокислоты, биологические стимуляторы, вакцины и антибиотики. Например, дрожжи-сахаромицеты могут синтезировать до 45-50% белка. Одни бактерии синтезируют антибиотики: тиротрицин, бацитрацин, субтилин, полимиксин В. Другие синтезируют уксусную кислоту. Актиномицеты: различные грибы синтезируют такие антибиотики, как стрептомицин, ауреомицин, неомицин, тетрациклин. То есть 2/3% известных в настоящее время антибиотиков синтезируются актиномицетами.
Микоплазмы и L-образные бактерии не имеют клеточной стенки. Нередко под действием антибиотика или в естественных условиях могут спонтанно образовываться L-образные бактерии. У них частично сохранена клеточная стенка, полностью сохранен признак размножения. Они имеют большую или маленькую сферическую форму и встречаются у многих патогенных и сапрофитных бактерий.
Относится к порядку Actinomycetales. Они состоят из разветвленных гиф, из которых формируется мицелий. Гифы одноклеточные, 0.5-2 мкм в диаметре. Актиномицеты, выращенные на агаризованной среде, содержат субстратный и воздушный мицелий. Воздушные мицеллы имеют прямой спиральный вид. Являясь спороносителями, споры используются для размножения. У некоторых актиномицетов вместо воздушных мицелл имеются различные разветвленные палочки. Актиномицеты сапрофитны и патогенны для человека и животных. Некоторые представители выделяют антибиотики, применяемые в борьбе с болезнями животных, человека и растений.
У микроорганизмов может быть одна мутация на миллион клеток. Например, устойчивость к антибиотикам, способность синтезировать триптофан, устойчивость к фагам, изменение формы колоний, изменение образования пигментов или превращение капсульных форм в некапсулированные, изменение образования хивчинов и др. Получение новых штаммов дрожжей, используемых в хлебопечении, получение штаммов, синтезирующих большое количество антибиотиков, получение штаммов, синтезирующих витамин В12, масла и липиды, получение штаммов, продуцирующих молочную кислоту, или получение активных профилактических форм против дизентерии, паратифа, сыпного тифа и др. y являются примерами мутаций.
Бактерии, грибы и актиномицеты могут поражаться радиоактивными лучами и химическими мутагенами, изменяя структуру ДНК в своих клетках и направляя их активность на синтез полезных для человека веществ. В настоящее время хорошее знание физиологических свойств бактерий, их изменение и, таким образом, широкое использование в сельскохозяйственных, медицинских и технологических процессах является одной из важных задач, стоящих перед микробиологами.
Эпизомы. Эписомы — это небольшие кластеры генов, свободные от хромосом. Они находятся в цитоплазме в свободном состоянии или прикреплены к бактериальной хромосоме.
Эписомы участвуют в передаче бактериальной вирулентности (G'), лекарственной устойчивости (R), бактериоциногенности, холинециногенности и других факторов. Фактор антибиотикорезистентности (R-фактор) эписом впервые был идентифицирован японскими учеными.
Бактериоциногенность относится к свойству синтеза в бактериальной клетке веществ против антибиотиков, эти вещества называются бактериоцинами. Например: Escherichia coli-colicin, Bact. cerlus — аэроцин, Bac. синтезирует мегатерий-мегацин, E.рестист-тестицин, Staphylococcus aureus-стафилакоккоцин. Они адсорбируются на бактериальной клетке и вызывают гибель бактерий. Бактериоцины действуют только на бактерии, близкие к продуценту.
Развитие одного микроорганизма с другим известно веками. Но только в 1942 г. термин «антибиотик» был введен в науку З. А. Ваксманом. В настоящее время в качестве природного вещества в капусте используются антибиотики, а их химически модифицированные продукты в низкой концентрации воздействуют на рост бактерий, грибков, простых вирусов и раковых клеток, снижая их развитие.
В последние 40 лет в результате применения антибиотиков в медицине были подавлены различные смертельные эпидемии. Например, холера. Во всем мире инфекционные заболевания (например, туберкулез, сепсис, менингит, пневмония) не возникают при хирургических и родовых процессах. Не только развитые страны, но и развивающиеся страны Центральной Азии, Африки и Латинской Америки используют антибиотики против этих заболеваний.
Изучение механизма действия антибиотиков показывает, что они воздействуют на функцию той или иной клеточной системы, подобно тонкому инструменту.
Пенициллин, цефалоспорин и другие близкие антибиотики.
Пенициллин действует на грам(+) микроорганизмы (стафилококки, пневмококки, стрептококки), некоторые грам(-) микроорганизмы (минингококки, гонококки), сибирскую язву, клостридии, спирохеты. Но иногда антибиотики могут вызывать аллергические заболевания и анафилактический шок.
Молекула пенициллина содержит лактотиазолидин. Биосинтез пенициллина происходит по:
Конденсация L-аминоадилиновой кислоты приводит к одновременному изменению конфигурации L-цистеина и L-валина в трипептид. На следующем этапе из -лактама получают изопенициллин N. В результате гидролиз под действием фермента пенициллинацилазы приводит к образованию 6-аминопенициллиновой кислоты. На последней стадии ферментации фенилуксусная кислота превращается в пенициллин G. Под влиянием феноксиуксусной кислоты пенициллин превращается в V (феноксиметилпенициллин). Оба этих антибиотика используются уже много лет.
К 70-м годам пенициллин утратил свое значение. До настоящего времени были проанализированы способы расщепления бензилпенициллина до 6-аминопенициллиновой кислоты с использованием ферментативных и химических методов. Этим методом был получен полусинтетический пенициллин. Он пенициллин -лактамазоактивен, устойчив и обладает широким спектром действия.
1961 Е. A. Braham и G. Newton выделили новый антибиотик цефалоспорин из экстракта микроорганизма Cephalosporium acremonium. Этот антибиотик не получил широкого распространения, но из него были синтезированы цефазолин, цефацетрил и цефаны.
В первой половине 70-х годов из актиномицетов стрептомицетов был выделен 7-метоксицефалоспорин. 1975 Открыт антибиотик Нокардицин А. В 1981 г. были идентифицированы монобактамы, а именно сульфазицин. Механизм действия β-лактамных антибиотиков зависит от клеточной стенки бактерий.