Антибиотики микробного происхождения

Реферат по предмету «Химия» на тему

" Антибиотики микробного происхождения"

1. Применение антибиотиков в пищевой промышленности

2. Классификация антибиотиков

3. Механизмы действия антибиотиков на микробную клетку

4. Бета-лактамные антибиотики

5. Бацитрацины

6. Полимиксины

7. Гликопептидные антибиотики

8. Полиены

9. Аминогликозиды

10. Тетрациклины

11. Фениколы

12. Макролиды Заключение Список использованной литературы Введение

В народной медицине некоторые способы применения лечебных свойств микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности были известны давно. Так, например, для лечения некоторых язвенных поражений, кишечных расстройств и других заболеваний находил применение заплесневевший хлеб. В конце 19 века русские исследователи — В. А. Манассеин и А. Г. Полотебнов описали практическое использование зеленой плесени для заживления язв кожи. Примерно к этому же времени относятся и основополагающие труды Луи Пастера, которые в 1877 году обратил внимание на подавление развития возбудителя сибирской язвы некоторыми сапрофитными бактериями и высказал мысль о возможности практического использования этого явления[1].

1. Применение антибиотиков в пищевой промышленности Одной из важнейших мер, принимаемых для хорошего сохранения пищевых продуктов, является борьба с развитием микроорганизмов. Для этой цели применяются консервирование, сквашивание, кипячение, замораживание продуктов, что изменяет их свойства и значительно снижает пищевую ценность.

Применение антибиотиков, обладающих мощным антибактериальным действием и сравнительно малой токсичностью для организма человека, позволяет сохранять пищевые продукты без потери их питательной ценности. Наиболее эффективны для этой цели антибиотики с широким спектром действия. При испытании их действия на различные микроорганизмы, выделенные из испорченного мяса, антибиотики подавляли развитие 70— 80% штаммов.

Антибиотики используют для консервации мяса, рыбы, птицы, молока, плодов, овощей и др. Антибиотик скармливают животным непосредственно перед убоем или вводят его под давлением в сонную артерию сразу же после убоя. Это позволяет увеличить срок хранения свежего мяса до 2—3 суток и улучшить его внешний вид, запах, окраску. Эффективно также опрыскивание разделанных и охлажденных говяжьих туш раствором антибиотика. Добавка антибиотика удлиняет срок хранения мясного фарша.

Применение антибиотиков позволяет значительно удлинить сроки хранения свежей рыбы и птицы (особенно при длительной транспортировке). Рыбу или птицу погружают в раствор антибиотика (концентрация 5—100 мг/л) на 1—5 мин или в охлажденную морскую воду (1—1,5 °С), содержащую 2 мг/л антибиотика.

Возможно применение антибиотиков и при изготовлении овощных консервов, в этом случае часто используют антибиотики, полученные из высших растений (фитонциды).

Антибиотики применяют в тех случаях, когда требуется подавить развитие нежелательной вредной микрофлоры. Например, в виноделии для подавления роста бактерий, образующих слизистые вещества, и диких дрожжей используют пенициллин, хлортетрациклин, бацитрацин.

Во всех случаях применения антибиотиков для консервирования пищевых продуктов необходимо учитывать возможность попадания их в небольших количествах в организм человека. Показано, что в 200 г консервированного мяса (с применением антибиотика) содержится примерно 1/1000 часть суточной лечебной дозы препарата. Хотя такие подпороговые дозы и не проявляют фармакологического действия, они могут влиять на чувствительность макроорганизмов. Поэтому необходимо обращать особое внимание на удаление антибиотиков перед окончательным приготовлением пищевых продуктов.

2. Классификация антибиотиков

Существует множество классификаций антибиотиков, в основе которых приняты во внимание те или иные свойства и признаки антибиотиков[1]. Например, по химическому строению (бета-лактамные, аминогликозиды, макролиды, тетрациклины, полимиксины и др.), в зависимости от типа воздействия (бактерицидные и бактериостатические), по спектру действия (широкого спектра, преимущественно действующие на грамположительные и грамотрицательные кокки или грамотрицательные палочки и др.), по механизму действия на микробную клетку антибиотики делят на две группы:

1 — антибиотики, нарушающие функцию стенки микробной клетки;

2 — антибиотики, влияющие на синтез РНК и ДНК или белков в микробной клетке.

Антибиотики первой группы в основном воздействуют на биохимические реакции стенки микробной клетки. Антибиотики второй группы влияют на обменные процессы в самой микробной клетке.

В данной работе будут рассмотрены: классификация антибиотиков по химическому строению, а также антибиотики микробного происхождения, которые наряду с антибиотиками, производимыми растениями, животными, а также синтетическими и полусинтетическими, которые применяются в пищевой промышленности и в клинической практике[2].

3. Механизмы действия антибиотиков на микробную клетку Механизм антимикробного действия антибиотиков разнообразен. Одни нарушают синтез клеточной стенки микробной клетки (пенициллин, цефалоспорин), другие тормозят процессы синтеза белка в клетке (стрептомицин, тетрациклин, левомицетин), третьи угнетают синтез нуклеиновых кислот в клетках (рифампицин и др.).

Для каждого антибиотика характерен спектр действия, т. е. препарат может оказывать губительное действие на определенные виды микроорганизмов.

Антибиотики широкого спектра действия активны в отношении различных групп микроорганизмов (тетрациклины) или угнетают размножение грамположительных и грамотрицательных микробов (стрептомицин).

Некоторые антибиотики действуют наиболее узкий круг микроорганизмов. Например, к полимиксину чувствительны преимущественно грамотрицательные бактерии.

По группам объектов, на которые действуют антибиотики, их разделяют на:

1. Антибактериальные, угнетающие развитие бактерий и составляющие наиболее обширную группу различных по химическому составу препаратов. Для лечения инфекций, вызываемых бактериями, чаще используют антибиотики широкого спектра действия (тетрациклины, левомицетин, стрептомицин, гентамицин, кантамицин, полусинтетические пенициллины, цефалоспорины).

2. Противогрибковые антибиотики (нистатин, амфотерицин В др.) оказывают угнетающее действие на рост несовершенных и совершенных микроскопических грибов, так как нарушают целостность цитоплазматических мембран микробных клеток.

3. Противоопухолевые антибиотики (актиномицины, митрамицин, блеомицин) угнетают синтез нуклеиновых кислот в животных клетках и используются для лечения различных форм злокачественных новообразований.

Антибиотики могут оказывать на микроорганизмы бактериостатическое и бактерицидное действие. Бактерицидное действие антибиотиков вызывает гибель микроорганизмов, а бактериостатическое действие подавляет или задерживает их размножение. Характер оказываемого действия на микробные клетки зависит от характеристики антибиотика, его концентрации, а также от особенностей самого микроорганизма.

4. Бета-лактамные антибиотики Бета-лактамные антибиотики (в-лактамные антибиотики, в-лактамы) — группа антибиотиков, которые объединяет наличие в структуре в-лактамного кольца (Рис.1)[10]. Эта структура препятствует образованию пептидных мостиков и объединению пептидогликанов клеточной стенки бактерий в единую структуру. К данной группе относятся пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы и монобактамы.

Пенициллины:

Рисунок 1. 1. — пенициллины, 2 — цефалоспорины, монобактамы, карбапенемы.

Пенициллины, цефалоспорины и монобактамы чувствительны к гидролизующему действию особых ферментов — в-лактамаз, вырабатываемых рядом бактерий, в то время как карбапенемы характеризуются значительно более высокой устойчивостью к действию этих ферментов. Пеницилин, например, используется как антибиотик в пищевой промышленноси в виде плесени в сырах. Карбапенемы (carbapenems) — класс в-лактамных антибиотиков, с широким спектром действий, имеющие структуру, которая обусловливает их высокую устойчивость к бета-лактамазам. Карбапенемы оказывают мощное бактерицидное действие, обусловленное нарушением образования клеточной стенки бактерий. С учётом высокой клинической эффективности и низкой токсичности данная группа антибиотиков в настоящее время является основной антимикробной химиотерапии, занимая ведущее место при лечении большинства инфекций[3].

5. Бацитрацины Бацитрацин — полипептидный антибиотик (Рис.2), продуцируемый бактерией Bacillus subtilis. Является эффективным средством в борьбе против ряда микроорганизмов, однако в виду достаточно высокой нефротоксичности используется при отсутствии положительного эффекта терапии другими средствами и, чаще всего, как наружное средство[3].

Рисунок 2. Бацирацин А.

6. Полимиксины К полимиксинам относятся антибиотики, механизм действия которых основан на нарушении цитоплазматической мембраны. Обладает узким спектром активности в отношении грамотрицательной флоры. По химическому строению представляют собой сложные органические соединения, основой которых является полипептид (Рис.3). Основное клиническое значение имеет активность полимиксинов в отношении синегнойной палочки P. aeruginosa.

Рисунок 3. Полимиксин В.

Наибольшее применение находят полимиксин В и полимиксин М. Обладают выраженной нефрои нейротоксичностью и потому применяется ограниченно и в основном как наружное средство[4].

7. Гликопептидные антибиотики К группе гликопептидных антибиотиков относятся гликозилированные циклические или полициклические нерибосомные пептиды (Рис.4). Механизм действия основан на ингибировании синтеза клеточных стенок у чувствительных микроорганизмов. Наиболее известные препараты гликопептидных антибиотиков — ванкомицин, тейкопланин, телаванцин, блеомицин, рамопланин и декапланин[5].

Тейкопланин Не смотря на длительную историю использования (ванкомицин — с 1958 года) в последнее время интерес к ним возрос в связи с увеличением частоты нозокомиальных инфекций, вызванных грамположительными микроорганизмами. Нозокомиальная инфекция (от лат nosocomium — больница и греч nosokomeo — ухаживать за больным; синонимы: внутрибольничные инфекции, госпитальные инфекции, health care associated infection) — это любое клинически распознаваемое инфекционное заболевание, которое развивается у пациента в результате его обращения в больницу за лечебной помощью или пребывания в ней, а также любое инфекционное заболевание сотрудника больницы, развившееся вследствие его работы в этом учреждении, вне зависимости от времени появления симптомов (после или во время нахождения в больнице) — Европейское региональное бюро ВОЗ, 1979. Инфекции считают госпитальными, если они развиваются не менее чем через 48 ч после поступления в клинику (исключая те случаи, когда пациент поступает в лечебное учреждение в инкубационном периоде инфекционного заболевания, длительность которого более 48 ч).

Рисунок 4. Ванкомицин.

Примечательной особенностью данной группы антибиотиков является отсутствие всасывания при приеме внутрь[5].

8. Полиены К антибиотикам группы полиенов относятся нистатин, амфотерицин В и др (Рис.5). Основной спектр действия — патогенные грибы. Полиены повреждают их цитоплазматическую мембрану, связываясь с эргостерином, являющимся основным и неотъемлемым компонентом мембраны дрожжей, грибов и простейших. Побочные эффекты, особенно амфотерицина В, связаны именно с этой особенностью механизма действия — они могут повреждать и животные клетки, в частности, эритроциты человека.

Рисунок 5. Нистатин, Амфотерицин В.

У некоторых полиеновых антибиотиков обнаруживается противоопухолевая и антивирусная активность.

9. Аминогликозиды Некоторые антибиотики, относящиеся к данной группе, являются одними из самых старых. Например, стрептомицин был получен в 1944 г., а с того времени появилось уже три поколения. Т. е. аминогликозиды первого поколения — стрептомицин, неомицин и канамицин, второго — гентамицин, тобрамицин и нетилмицин, а третьего — амикацин.

Аминогликозиды образуют необратимые ковалентные связи с белками 30S-субъединицы бактериальных рибосом и нарушают биосинтез белков в рибосомах, вызывая разрыв потока генетической информации в клетке. Гентамицин так же может воздействовать на синтез белка, нарушая функции 50S-субъединицы рибосомы. (Рис. 6).

Рисунок 6. Основа молекулярной структуры аминогликозидов.

Основным механизмом действия на микробную клетку является нарушение синтеза белка рибосомами. Основное клиническое значение аминогликозиды имеют в лечении нозокомиальных инфекций, вызванных рядом грамотрицательных возбудителей. Обладают потенциальной нефрои ототоксичностью[6][7]. Нефротоксимчность — токсический эффект некоторых химических веществ (включая лекарства), проявляющийся поражением почек. Ототоксичность — проявляется поражением слухового аппарата.

10. Тетрациклины К тетрациклинам относятся антибиотики — поликетиды. В основе химического строения — полифункциональное гидронафтаценовое соединение с родовым названием тетрациклин (Рис.7).

Рисунок 7. Молекула тетрациклина.

Большой интерес представляют карбоксамидные производные тетрациклинов, полученные на основе аминометилирования исходного продукта. Такие соединения характеризуются рядом ценных свойств, в том числе действием в широком спектре значений рН (2 — 8.5), а также хорошей растворимостью. Спектр действия относительно микроорганизмов также достаточно широк — проявляет бактерицидные действия в отношении большого количества как грамположительных, так и грамотрицательных микробов[8].

11. Фениколы К данной группе антибиотиков относятся соединения, содержащие в составе структуру фенила (Рис.8).

Рисунок 8. Структура хлорамфеникола.

В клинической практике применяется природный антибиотик хлорамфеникол Механизм действия основан на угнетении синтеза белка на уровне 70S рибосомы, потому антибиотики данной группы оказывают бактериостатическое действие на большинство известных чувствительных микроорганизмов. В связи с высокой токсичностью фениколы применяются достаточно редко и являются препаратами резерва[8].

12. Макролиды Макролиды — класс антибиотиков, в основе химической структуры которых лежит лактонное кольцо. По количеству атомов углерода в кольце макролиды могут быть 14-членными (эритромицин (Рис.9), кларитромицин), 15-член ными (азитромицин) и 16-членными (мидекамицин, спирамицин).

Эритромицин Рисунок 9. Структуры эритромицина, азитромицина, кларитромицина.

Бактериостатическая активность макролидов обусловлена нарушением синтеза белка на рибосомах микробной клетки. Как правило, макролиды оказывают бактериостатическое действие, но в высоких концентрациях способны действовать бактерицидно. По спектру побочных эффектов считаются одними из самых безопасных на сегодняшний день[9].

Заключение

Большинство антибиотиков в настоящее время получают в промышленности микробиологическим синтезом — в ферментерах на специальных питательных средах, благодаря десяткам лет разработки максимально эффективных и безопасных технологий. Микроорганизмы используются в медицине и пищевой промышленности. С их помощью получают антибиотики, витаминные препараты, кормовые белки. Колонии микроорганизмов выращивают из одной особи, которая быстро размножается бесполым путем, образуя штамм. Биотехнология — использование живых организмов и их биологических процессов в производстве необходимых для человека веществ. В биотехнологии применяют бактерии, грибы, клетки растительных тканей. Их выращивают на питательных, ферментных средах в специальных биореакторах. В культуре тканей проводят гибридизацию клеток, изучают раковые клетки и особенности их размножения, проверяют устойчивость к различным вирусам. Из более чем 100 тыс. видов известных в природе микроорганизмов человеком используется несколько сотен, и число это растет. Качественный скачок в их использовании произошел в последние десятилетия, когда были установлены многие генетические механизмы регуляции биохимических процессов в клетках микроорганизмов.

Многие из них продуцируют десятки видов органических веществ — аминокислот, белков, антибиотиков, витаминов, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов, пигментов, сахаров и т. п., широко используемых в разных областях промышленности и медицины. Такие отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, молочных продуктов, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов.

Методами современной селекции микроорганизмов интенсивно исследуются возможности получения важных в хозяйственном отношении веществ — органических кислот, спиртов, кетонов. Селекция направлена на создание генетических линий (штаммов), обеспечивающих максимальную производительность.

Методы обнаружения антибиотиков на протяжении ряда лет практически не претерпели никаких изменений. Обычно они включают биоавтографию с помощью чувствительных к данному антибиотику микроорганизмов, посеянных на агаре, или проявление хроматограмм путем их опрыскивания растворами соответствующих реагентов с последующим просмотром при УФ-освещении. Для обнаружения антибиотиков наиболее пригоден метод биоавтографии, суть которого заключается в следующем. Высушенную бумажную хроматограмму, тонкослойную пластинпластинку или электрофореграмму прижимают к поверхности агара, содержащего культуру подходящего микроорганизма, и выдерживают в течение определенного времени. За время инкубации число бактерий увеличивается лишь в тех участках агара, которые не соприкасались с антибиотиком. По положению зон, в которых подавляется рост бактерий, определяют значения Rf соединений, проявляющих свойства антибиотика. Мейерс и Чанг предложили способ увеличения чувствительности обнаружения антибиотиков с помощью Trichomonas, основанный на использовании монофосфата фенолфталеина.

Синтезированные микроорганизмами антибиотики извлекают и подвергают химической очистке с использованием различных методов. Основными продуцентами антибиотиков являются почвенные микроорганизмы — лучистые грибы (актиномицеты), плесневые грибы и бактерии. Те микробы, против которых направлено действие этих продуктов, со временем начинают приспосабливаться и избегать гибели. Это, а также распространение множества болезней, особенно в неблагополучных регионах нашей планеты, заставляют исследователей и врачей всего мира продолжать разрабатывать новейшие препараты.

1. Егоров Н. С. Основы учения об антибиотиках. М.: Изд. МГУ, 2005. — 600 с.

2. Бибикова М. В., Бондарева Н. С. Препараты микробного происхождения для лечения атеросклероза // Антибиотики и химиотерапия. 1998. т.43. — № 8. -С.34−39.

3. Нетрусов А. И., Котова И. Б. Общая микробиология; Академия — Москва, 2007. — 288 c.

4. Донецкая Э. Г.-А. Клиническая микробиология; ГЭОТАР-Медиа — Москва, 2011. — 480 c.

5. Шильникова В. К., Ванькова А. А., Годова Г. В. Микробиология; Дрофа — Москва, 2006. — 288 c.

6. Фомина И.?П. Современные аминогликозиды. Значение в инфекционной патологии и особенности действия // Русcкий медицинский журнал. 1997; 5 (21): 1382−1391.

7. Решедько Г.?К. Механизмы резистентности к аминогликозидам у нозокомиальных грамотрицательных бактерий в России: результаты многоцентрового исследования // КМАХ. 2001; 3 (2): 111−132.

8. Поздеев О. К. Медицинская микробиология; ГЭОТАР-Медиа — Москва, 2008. — 784 c. антибиотик антимикробное пенициллин аминогликозид

9. Сазыкин Ю. О., Бибикова М. В., Грамматикова Н. Э. и др. Механизм биологической активности макролидных антибиотиков — ингибиторов FoFl-АТФазы // Антибиотики и химиотерапия. 2003. т.48. -№ 12. — С.33−39.