Возможности контроля роста микроорганизмов

Классификация антимикробных веществ

Рост микроорганизмов необходимо сдерживать, если их развитие приводит к нежелательным последствиям. Так, микробная активность может вызывать инфекционные заболевания, а также порчу продуктов и материалов. В таких случаях используют антимикробные агенты. Как правило, воздействие этих веществ дозозависимое, т. е. чем выше доза, тем сильнее влияние.

Агенты, приводящие к остановке роста микроорганизма или к его уничтожению, называют бактериостатическими или бактерицидными соответственно.

Один и тот же антимикробный агент может при низкой концентрации оказывать бактериостатическое действие, а при высокой — убивать микроорганизмы. Бактериостатическое действие обратимо: при снижении концентрации или удалении такого антимикробного агента микроорганизм возобновляет свой рост. Для стерилизации следует применять бактерицидные антимикробные агенты с широким спектром действия. Следует помнить, что для некоторых микроорганизмов эти вещества, наоборот, могут быть источниками углерода и энергии.

Все антимикробные агенты для удобства разделяют на несколько групп в соответствии с механизмом их действия.

В первую группу включают вещества, повреждающие поверхностные структуры клетки. Например, бактерицидное действие 70%-го этанола связано с коагуляцией белков. Поверхностно-активные вещества нарушают избирательную проницаемость цитоплазматической мембраны. Некоторые полинеитидные антибиотики (полимиксин, бацитрацин, субтилин, низин) образуют в ЦПМ поры, что приводит к «утечке» из клетки полезных метаболитов.

Вторая группа веществ действует как ферментные яды, нарушая пространственную структуру белков и функционирование ферментов. К этой группе относятся тяжелые металлы (медь, ртуть, свинец), связывающиеся с SH-группами белков. Цианид и СО функционируют как дыхательные яды, блокируя цитохромоксидазы. 2,4-динитрофенол является разобщителем процессов окисления и фосфорилирования. Арсенат ингибирует субстратное фосфорилирование. Антимицин, А нарушает процесс переноса электронов по дыхательной цепи, ингибируя цитохром с-редуктазу. Фторацетат блокирует работу цикла трикарбоновых кислот.

Третья группа — это аналоги нормальных метаболитов, которые конкурируют с ними за каталитический центр фермента. Из-за схожести структуры аналоги могут взаимодействовать с каталитическим центром фермента и занимать место нормального метаболита. Например, сульфаниламид является структурным аналогом нара-аминобензойной кислоты (ПАБК, рис. 5.9).

Рис. 5.9. Структурные аналоги.

У прокариот ПАБК — это предшественник тетрагидрофолата, переносчика одноуглеродных фрагментов. При включении сульфаниламида вместо ПАБК образуется нефункционирующий фермент, и рост бактерий останавливается. На этом основано лекарственное действие сульфаниламидных препаратов, которые не ингибируют развитие животных клеток, поскольку фолиевая кислота в них de novo не синтезируется.

Четвертая группа — это вещества, нарушающие нормальные процессы синтеза биополимеров. Например, многие антибиотики оказывают влияние на разные этапы белкового синтеза. Так, стрептомицин и неомицин подавляют связывание аминокислот между собой, эритромицин нарушает функции 50Б-субъединицы рибосом, тетрациклин препятствует связыванию аминоацил-тРНК с рибосомами, а хлорамфеникол подавляет функцию пептидилтрансферазы. Митомицин С, актиномицин Д, рифампицин ингибируют синтез нуклеиновых кислот. Пенициллин и цефалоспорин нарушают процесс образования пептидогликана.

Вещества, оказывающие опосредованное, обычно бактериостатическое действие, относят к пятой группе. Это, например, NaCl и сахароза, в высоких концентрациях замедляющие развитие микроорганизмов из-за снижения активности воды. Такие вещества часто используют при консервировании продуктов.