Антибіотик

Дія антибіотиків на бактерії

Антибіотики (грец. αντι — проти, грец. βιοτικος — життєвий), органічні речовини, що синтезуються мікроорганізмами в природі для захисту від інтервенції інших видів мікроорганізмів, та володіють здатністю пригнічувати розвиток, або вбивати цих мікробів. Як правило, антибіотики виділяють з живих бактерій або грибів. Існує також велика кількість синтетичних антибіотиків, які відрізняються модифікаціями функціональних груп природніх антибіотиків. Такі модифіковані сполуки часто ефективніші, або стійкіші до нейтралізації, що виникає внаслідок набутої мікроорганізмами резистентності.

За хімічною структурою антибіотики об'єднують різноманітні групи сполук. Зокрема, сполуки, що блокують біосинтез білка на рибосомах; сполуки, що утворюють іоно-проникні канали у плазматичній мембрані, та ін.

Характерною особливістю антибіотиків є їхня здатність порушувати певні ланки обміну речовин мікроорганізмів або дію деяких їхніх ферментів. Ще 1868—71 В. О. Манассеїн спостерігав антимікробні властивості плісені пеніцилу, а О. Г. Полотебнов застосовував її при лікуванні гнійних ран. Наприкінці 19 ст. І. І. Мечников встановив, що деякі бактерії (молочнокислі) пригнічують розвиток гнильних бактерій. Він вперше запропонував використовувати для боротьби з хвороботворними мікроорганізмами їхніх антагоністів. 1909 П. Лященко виявив антимікробні речовини у тварин, а 1928 Б. П. Токін — у вищих рослин. В 1928 шотландський вчений Александер Флемінг виявив антибактеріальну дію плісняви Penicillium notatum, а в 1940 Г. Флорі (Florey) добув стійкий препарат пеніциліну. Поглиблене вивчення антибіотиків розпочалося в 1940-х після виділення пеніциліну і стрептоміцину. Антибіотики використовуються в медицині, ветеринарії і рослинництві для боротьби з інфекційними хворобами; в тваринництві — як стимулятори росту молодняка, у харчовій промисловості — для продовження строку зберігання деяких продуктів харчування.

Найбільше увійшли в практику антибіотики, добуті з актиноміцетів, — стрептоміцин, лівоміцетин, біоміцин, тераміцин, тетрациклін, ауреоміцин, неоміцин та ін. Широко застосовується пеніцилін, добутий з інших мікроскопічних грибів. Ці антибіотики використовуються при лікуванні дизентерії, стрептококових і стафілококових септичних захворювань, пневмоній, висипного й черевного тифу та ряду інших інфекційних захворювань. Антибіотики вищих рослин — фітонциди — ще мало вивчені. Застосовується в медицині іманін, добутий із звіробою, та сативін — з часнику. Видобуто антибіотики і з лишайників; з них вживається як зовнішнє уснінова кислота. З антибіотиків тваринного походження найвідоміші лізоцим, еритрин, екмолін. Деякі антибіотики добувають тепер шляхом синтезу.

Термінологія

Повністю синтетичні препарати, що не мають природних аналогів і надають схожий з антибіотиками пригнічуючий вплив на ріст бактерій, традиційно було прийнято називати не антибіотиками, а антибактеріальними хіміопрепаратами. Зокрема, коли з антибактеріальних хіміопрепаратів відомі були тільки сульфаніламіди, прийнято було говорити про всі класи антибактеріальних препаратів як про «антибіотики і сульфаніламіди». Однак в останні десятиліття у зв'язку з винаходом багатьох дуже сильних антибактеріальних хіміопрепаратів, зокрема фторхінолонів, що наближаються, або перевищують за активністю «традиційні» антибіотики, поняття «антибіотик» стало розмиватися і розширюватися, і тепер часто вживається не тільки по відношенню до природних і напівсинтетичних сполук, але і до багатьох сильних антибактеріальних хіміопрепаратів.

Історія вивчення

Винахід антибіотиків можна назвати революцією в медицині. Першими антибіотиками були пеніцилін та стрептоміцин.

Вклад українських вчених

Значний вклад у вивчення антибіотики зробили українські вчені. Вони виділили ряд антибіотичних речовин — мікроцид (М. М. Підоплічко і В Й. Білай, 1947), іманін (В. Г. Дроботько з співробітниками, 1949), аренарин — антибіотик безсмертника — та ін. Мікроцид виявився ефективним засобом лікування інфікованих ран та різних гнійних процесів, а іманін — великих і тяжких опіків; він запобігає утворенню спотворюючих рубців. Дослідження щодо відшукання А., зокрема з противірусною і протипухлинною дією, широко провадяться в усьому світі.

Класифікація

Величезна різноманітність антибіотиків і видів їх впливу на організм людини стало причиною класифікування і поділу антибіотиків на групи. За характером впливу на бактеріальну клітину антибіотики можна розділити на три групи:

• Бактеріостатичні (бактерії живі, але не здатні розмножуватися),
• Бактерициди (бактерії гинуть, але фізично продовжують бути присутнім в середовищі),
• Бактеріолітичні (бактерії гинуть, і руйнуються бактеріальні клітинні стінки).

Класифікація за хімічною структурою, яку широко використовують в медичному середовищі, складається з наступних груп:

• Бета-лактамні антибіотики, що поділяються на дві підгрупи:
  • Пеніциліни — виробляються колоніями цвілевих грибів Penicillinum;
  • Цефалоспорини — мають схожу структуру з пеніцилінами. Використовуються для боротьби з бактеріями, що стійкі до пеніциліну.

• Макроліди — антибіотики зі складною циклічною структурою. Мають бактеріостатичну дію.

• Тетрацикліни — використовуються для лікування інфекцій дихальних і сечовивідних шляхів, лікування важких інфекцій типу сибірської виразки, туляремії, бруцельозу. Дія — бактеріостатична.

• Аміноглікозиди — володіють високою токсичністю. Використовуються для лікування важких інфекцій типу зараження крові або перитоніт ів.

• Левоміцетини- Використання обмежене через підвищеної небезпеки серйозних ускладнень — ураженні кісткового мозку, який виробляє клітини крові. Дія — бактеріостатичну.

• Глікопептиди — антибіотики, що порушують синтез клітинної стінки бактерій. Надають бактерицидну дію, проте відносно ентерококів, деяких стрептококів і стафілококів діють бактеріостатично.

• Лінкозаміди надають бактеріостатичну дію, що зумовлено пригніченням синтезу білку рибосомами. У високих концентраціях відносно високочутливих мікроорганізмів можуть проявляти бактерицидний ефект.

• Протигрибкові — руйнують мембрану клітин грибків і викликають їх загибель. Дія — літична. Поступово витісняються високоефективними синтетичними протигрибковими препаратами.

Номенклатура

Довгий час не існувало єдиних принципів присвоєння назв антибіотикам. Найчастіше їх називали за родовою, або видовою назвою продуцента, рідше — відповідно до хімічної будови. Деякі антибіотики названі відповідно до місцевості, звідки був виділений продуцент, а, наприклад, етаміцін отримав назву від номера штаму (8).

У 1965 році Міжнародний комітет з номенклатури антибіотиків рекомендував наступні правила:

1. Якщо відома хімічна структура антибіотика, назву слід вибирати з урахуванням того класу сполук, до якого він належить.
2. Якщо структура не відома, назва дається за найменуванням роду, родини або порядку (а якщо вони використані, то і виду), до якого належить продуцент. Суфікс «міцин» присвоюється тільки для антибіотиків, синтезованих бактеріями порядку Actinomycetales.
3. У назві можна давати вказівку на спектр або спосіб дії.

Дія антибіотиків

Механізм дії антибіотиків — інгібіторів синтезу клітинної стінки

Антибіотики на відміну від антисептиків мають антибактеріальну активність не тільки при зовнішньому застосуванні, але і в біологічних середовищах організму при їх системному (перорально, внутрішньом'язово, внутрішньовенно, ректально, вагінально та ін.) застосуванні.

Механізми біологічної дії

• Порушення синтезу клітинної стінки за допомогою інгібування синтезу пептидоглікану (пеніцилін, цефалоспорин, монобактами), утворення димерів і їх перенесення до ланцюгів пептидоглікану, що ростуть (ванкоміцин, флавоміцін), або синтезу хітину (ніккоміцін, тунікаміцін). Антибіотики, що діють за подібним механізмом мають бактерицидну дію, не вбивають клітини, що позбавлені клітинної стінки.
• Порушення функціонування мембран: порушення цілісності мембрани, утворення іонних каналів, скріплення іонів в комплекси, розчинні в ліпідах, і їх транспортування. Подібним чином діють ністатин, граміцидин, поліміксин.
• Придушення синтезу нуклеїнових кислот: зв'язування з ДНК і перешкоджання просуванню РНК-полімерази (актидин), зшивання ланцюгів ДНК, що викликає неможливість її розплітання (рубоміцин), інгібування ферментів.
• Порушення синтезу пуринів та піримідин ів (азасерин, саркоміцин).
• Порушення синтезу білку: інгібування активації і перенесення амінокислот, функцій рибосом (стрептоміцин, тетрациклін, пуроміцин).
• Інгібування роботи дихальних ферментів (антиміцини, олігоміцини, ауровертин).

Взаємодія з алкоголем

Алкоголь може впливати як на активність, так і на метаболізм антибіотиків впливаючи на активність ферментів печінки, що розщеплюють антибіотики. Зокрема, деякі антибіотики, включаючи метронідазол, тинідазол, левоміцетин, ко-тримоксазол, цефамандол, кетоконазол, латамоксеф, цефоперазон, цефменоксим та фуразолідон хімічно взаємодіють з алкоголем, що призводить до серйозних побічних ефектів, які включають нудоту, блювоту, судоми, задишку й навіть смерть . Вживання алкоголю з цими антибіотиками категорично протипоказано. Крім того, концентрація доксицикліну і еритроміцину може бути, за певних обставин, істотно знижена при вживанні алкоголю .

Антибіотикорезистентність

Під антибіотикорезистентністю розуміють здатність мікроорганізмів протистояти дії антибіотиків.

Антибіотикорезистентність виникає спонтанно внаслідок мутацій, що закріплюються в популяції. Сам по собі антибіотик не є причиною появи резистентності.

Механізми резистентності

• У мікроорганізмів може бути відсутнім структура на яку діє антибіотик (наприклад бактерії роду мікоплазма (лат. Mycoplasma) нечутливі до пеніциліну, оскільки не мають клітинної стінки);
• Деякі мікроорганізми непроникні для певних антибіотиків (більшість грам-негативних бактерій несприйнятливі до пеніциліну G, у них клітинна стінка захищена додаткової мембраною);
• Мікроорганізм можуть переводити антибіотик в неактивну форму (багато стафілококів (лат. Staphylococcus) містять фермент β-лактамазу, який руйнує β-лактамовое кільце більшості пеніцилінів)
• Внаслідок генних мутацій, обмін речовин мікроорганізму може бути змінений таким чином, що хімічні реакції, які блокуються антибіотиком більше не є критичними для життєдіяльності організму;
• Мікроорганізм у змозі викачувати антибіотик з клітини.

Застосування

Антибіотики використовуються для запобігання та лікування запальних процесів, що викликаються бактеріальною мікрофлорою.

Деякі антибіотики мають також додатковими цінні властивості, не пов'язані з їх антибактеріальною активністю, а мають відношення до їх впливу на макроорганізм.

• Доксициклін та міноциклін, крім їх основних антибактеріальних властивостей, мають протизапальну дію при ревматоїдному артриті і є інгібіторами матриксних металопротеїназ.
• Описано імуномодулюючу ( імуносупресивну, або імуностимулюючу) дію деяких інших антибіотиків.
• Відомі протипухлинні антибіотики.

Роль антибіотиків у природних мікробіоценозах

Не зрозумілим є наскільки велика роль антибіотиків у конкурентних відносинах між мікроорганізмами в природних умовах. Зельман Ваксман вважав, що ця роль мінімальна, антибіотики найчастіше утворюються у чистих культурах, на багатих поживними речовинами середовищах. Згодом, однак, було виявлено, що у багатьох продуцентів активність синтезу антибіотиків зростає в присутності інших видів або ж специфічних продуктів їх метаболізму. В 1978 Л. М. Полянська на прикладі геліоміціна S. olivocinereus, який володіє світінням при впливі УФ випромінювання, показала можливість синтезу антибіотиків в ґрунтах. Ймовірно особливо важливі антибіотики в конкуренції за ресурси середовища для актиноміцетів, які повільно ростуть. Було експериментально показано, що при внесенні в ґрунт культур актиноміцетів густина популяції виду актиноміцета, що піддається дії антагоніста, падає швидше і стабілізується на нижчому рівні, ніж чисельність інших популяцій.

Див. також

• Антисептики
• Пробіотики
• Дисбактеріоз

Література

• Шемякин М. М., Хохлов А. С. Химия антибиотических веществ. Изд. 2. М. — Л., 1953; Гаузе Г. Р. Пути изыскания нових антибиотиков. М., 1958; Антимикробные вещества высших растений. К., 1958.
• Українська радянська енциклопедія. В 12-ти томах / За ред. М. Бажана. — 2-ге вид. — К.: Гол. редакція УРЕ, 1974-1985.
• Molecular Pharmacology, Vol 11, 166—173, 1975 Antibiotics as Tools for Metabolic Studies XVIII. Inhibition of Sodium- and Potassium-Dependent Adenosine Triphosphatase JOHN B. SUSA, HENRY A. LARDY

Посилання

• Общие особенности антибактериальных препаратов