Антибиотики. 
Основы биотехнологии. В 2 ч. Часть 2 -

Антибиотики (от anti — против, bios — жизнь) — самый большой класс фармацевтических соединений природного или полусинтетического происхождения, которые подавляют рост живых клеток, чаще всего прокариотических или простейших. К этому же классу относятся противогрибковые агенты, противоопухолевые лекарства и алкалоиды.

Современное определение термина «антибиотик» дано в 1961 г. М. М. Шемякиным и А. С. Хохловым, которые предложили считать антибиотическими веществами все продукты обмена любых организмов, способные избирательно убивать или подавлять рост и развитие микроорганизмов.

Антибиотики не просто вещества, действующие против болезнетворных микроорганизмов; это еще и вещества, получаемые с помощью микроорганизмов-продуцентов. Чаще всего они синтезируются актиномицетами, реже — бактериями. Среди актиномицетов наибольший вклад вносит род Streptomyces (в частности, только один вид Streptomyces griseus синтезирует более 50 антибиотиков).

Наиболее распространенными с коммерческой точки зрения антибиотиками оказались пенициллины, цефалоспорины и тетрациклины.

Пенициллин, исторически первый антибиотик, впервые выделил английский ученый А. Флеминг из плесневых грибов Penicillium notatum. В 1928 г. он обнаружил, что на агаре в одной из чашек Петри с бактериями Staphylococcus aureus выросла колония плесневых грибов. Колонии бактерий вокруг них стали прозрачными из-за разрушения клеток. Флемингу удалось выделить активное вещество — пенициллин, которое разрушало бактериальные клетки. Эта работа была опубликована в 1929 г. Флеминг недооценил свое открытие, считая, что получить лекарство будет очень трудно. Работу Флеминга продолжили Г. Флори и Э. Чейн, предложившие методы очистки пенициллина. Его массовое производство было налажено во время Второй мировой войны. В 1945 г. А. Флеминг, Г. Флори и Э. Чейн были удостоены Нобелевской премии в области физиологии и медицины.

Эффект от применения пенициллина превзошел все ожидания. По некоторым данным, только в 1940—1950;е гг. с его помощью было спасено от смерти более 15 млн человек. Действительно, часто раненый погибает не от самой раны, а от гнойного воспаления. Так, рана, полученная А. С. Пушкиным на дуэли, сама по себе не была опасна, но развилось воспаление — перитонит, что и привело к смертельному исходу. При нынешнем состоянии медицины Пушкина можно было бы вылечить с помощью антибиотиков.

Сразу же после открытия пенициллина начались поиски и других антибиотиков. Сейчас их существует уже более 3 тыс., но многие ученые в разных странах мира все время ищут более продуктивные микроорганизмы для их биосинтеза, достигая при этом поразительных успехов. Например, плесень Флеминга в военные годы давала активность по пенициллину не более 10 ед/мл. Современные штаммы микроорганизмов дают 50 тыс. ед/мл того же пенициллина.

Интересно, что в США в послевоенные годы поисками микроорганизмов занимались не только ученые. Институты давали объявления в газеты с просьбой приносить им разные образцы плесеней за вознаграждение. Рассказывают, что в одном из городов этим занималась некая пожилая женщина по имени Мэри. Она по всему городу искала плесень в гнилых фруктах, овощах, испорченном хлебе. Ей даже дали прозвище Заплесневелая Мэри. Так вот, именно она нашла родоначальника современных высокоактивных штаммов биосинтеза пенициллина в заплесневевшей гнилой дыне. Этот микроорганизм был назван Penicillum chrysogenum.

По оценкам ВОЗ, каждый год ученые обнаруживают от 100 до 200 новых антибиотиков, прежде всего в рамках обширных исследовательских программ по поиску среди тысяч различных микроорганизмов таких, которые синтезировали бы уникальные антибиотики. Получение, лабораторные и клинические испытания новых лекарственных средств обходятся дорого, поэтому до применения доходят только те из них, которые имеют большую терапевтическую ценность и представляют экономический интерес. Это всего лишь 1—2% от всех обнаруживаемых антибиотиков.

Обычно антибиотик действует не на все микроорганизмы подряд, да это и нежелательно: ведь наряду с болезнетворными будут уничтожаться полезные микробы, которые всегда есть в человеческом организме. Поэтому должен быть набор различных антибиотиков, пригодных для лечения разных болезней.

Но есть и другая сторона: болезнетворные микроорганизмы постепенно «привыкают» к действию антибиотиков. Возникают виды, которые вызывают заболевание, но они нечувствительны к «старому» антибиотику. Такое привыкание происходит не быстро, а в течение 10—15 лет. Но раз это все-таки происходит, ученым необходимо искать все новые и новые антибиотики и продуцирующие их микроорганизмы.

Образование антибиотиков — это наследственно закрепленная особенность метаболизма микроорганизмов, проявляющаяся в том, что каждый вид (или даже штамм) способен продуцировать один или несколько строго специфичных для него антибиотических веществ, что является результатом эволюции данного микроорганизма.

Специфичность действия антибиотиков объясняется:

— их высокой биологической активностью в отношении чувствительных к ним организмов, т. е. способностью проявлять эффект даже в очень низких концентрациях;

— избирательностью действия, т. е. способностью конкретного антибиотика проявлять свое действие лишь в отношении определенных организмов или групп организмов, не оказывая заметного эффекта на другие формы живых существ.

Величину биологической активности антибиотиков выражают в условных единицах, содержащихся в 1 мл (ед/мл) или в 1 мг (ед/мг) препарата. За единицу антибиотической активности принято минимальное количество антибиотика, способное подавить развитие или задержать рост определенного числа клеток стандартного штамма тест-микроба в единице объема питательной среды. Так, за единицу активности пенициллина принято минимальное количество препарата, способное задерживать рост золотистого стафилококка (штамм 209) в 50 мл питательного бульона; для стрептомицина единица активности — минимальное количество антибиотика, задерживающее рост Е. coli в 1 мл питательного бульона.

Синтез микроорганизмами антибиотиков — одна из форм проявления антагонизма, который связан с определенным характером обмена веществ, возникшим и закрепленным в ходе эволюции. Воздействуя на постороннюю микробную клетку, это соединение вызывает нарушения в ее развитии. Антибиотики способны подавлять синтез оболочки бактериальной клетки в период размножения, изменять проницаемость цитоплазматической мембраны или ингибировать реакции обмена веществ.