Антибиотики это вещества, синтезируемые микроорганизмами, высшими растениями и некоторыми животными тканями; функции антибиотиков заключаются в химической защите.
Микроорганизм, выделяя в окружающую среду антибиотик, подавляет развитие других микроорганизмов.
Химическая война между почвенными микробами, различными плесенями, живущими в почвах, происходит постоянно, и для получения антибиотиков очень часто обращаются к этому источнику.
Что такое антибиотики
Антибиотическими свойствами обладают различные вещества, в том числе и фитонциды, содержащиеся в луке, чесноке, хвое, цитрусовых и т. д.
Состав и строение их не всегда известны. Особенно активны антибиотические вещества, вырабатываемые пчелами (в том числе прополис, получаемый пчелами из почек тополя).
В улье поддерживаются условия полной стерильности, гарантирующие нормальное развитие их обитателей.
Рис. Антибиотик Стрептомицин.
Высокой антибиотической активностью обладает и мед, который может сохраняться годами без всяких признаков порчи.
Открытие и исследование антибиотиков показывают, как важно не упускать ничего, ни одной, казалось бы, ничтожной мелочи, когда речь идет о поведении биологических объектов.
В природе скрыто так много тайн, что иногда стоит поднять невзрачный камешек, чтобы проверить, не алмаз ли это.
Открытие антибиотиков
Таким алмазом оказались наблюдения Л. Флеминга, сделанные им в 1922 г. Ученый заметил, что культура кокков, которых он изучал, выращивая их в плоской чашке, в некоторых местах стала прозрачной — словно микроорганизмы были уничтожены каким-то фактором.
А. Флеминг подумал, что ним фактором была капелька слизи из носа экспериментатор был слегка простужен и страдал насморком.
Немедленно производиться проверка — и предположение подтверждается. Далее следуют опыты с действием слез на микроорганизмы.
Открытие пенициллина
Через шесть лет — в 1928 г. А. Флеминг сделал второе открытие. Он обнаружил, что колония гноеродных кокков частично уничтожена плесенью, споры которой попали в чашку с культурой из воздуха, вероятно, потому, что кто-то случайно приподнял крышку, изолировавшую колонию от внешней среды.
Плесневый гриб — пенициллиум нотатум — был изучен. А. Флеминг убедился, что гриб производит вещество, уничтожающее возбудителей дифтерии, сибирской язвы, различные стафилококки и стрептококки.
Работа А. Флеминга была опубликована в 1929 г., но лишь в 1941 г. после длительного периода напряженных поисков Г. Флори и Э. Чэйну удалось получить препарат чудодейственного вещества — пенициллина.
В настоящее время пенициллин синтезирован и строение его молекулы точно известны.
Исследование защитных соединений начинает привлекать все возрастающее внимание; вскоре (в 1942 г.) советские химики— Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражникова из почвенной бактерии—«бациллюс бревне» получают высокобактерицидный препарат.
Названный грамицидином С (это вещество уничтожает те микроорганизмы, которые окрашиваются по методу Грама, их называют грам-положительными, отсюда и название «грамицидин»).
Одни микроорганизмы подавляют деятельность других, выделяя химические вещества. Если это верно, то стоит исследовать вопрос и попытаться выяснить, нет ли еще каких-либо грибов, столь же полезных, как и пенициллиниум нотатум.
После многочисленных исследований был найден лучистый гриб, выделяющий активное вещество, подавляющее возбудителей туберкулеза,— это новый антибиотик стрептомицин.
Стрептомицин
Этот антибиотик оказался эффективным лечебным средством против туберкулезного менингита — заболевания, которое до открытия стрептомицина считалось безусловно смертельным.
Попутно были получены и другие антибиотики; число химических средств борьбы растет год от года, и в наши дни антибиотики уже считают десятками.
Известны различные пенициллины, рамицидин, эритромицин, действующий на бактерии, нечувствительные к пенициллину, биомицин, излечивающий дизентерию, бруцеллез, коклюш, туляремию и другие болезни, тетрациклины, действующие на тех же возбудителей, но дольше сохраняющиеся в организме, экмолин, усиливающий эффект других антибиотиков, и т. д.
Некоторые антибиотики уже получены синтетически; к ним относится весьма активное вещество — левомицетин, содержащий необычную для антибиотик группу NО2 и применяемый для лечения многих болезней.
Слезы и слюна антибиотик
Слезы тоже убивают бактерии. Затем выясняется, что и в других тканях организма содержится мощное защитное вещество — лизоцим.
Лизоцим содержится в слюне, выделениях носа, слезных желез и т. п.
Благодаря ему микробы не могут размножаться в условиях, которые но веем признакам как будто благоприятны для них.
Слезы, омывающие глазное яблоко, одновременно дезинфицируют глаз и являются падежной защитой от микробов, попадающих в глаз с пылью.
Когда животное вылизывает рану, оно быстро обеззараживает ее посредством все того же лизоцима.
Молекула этого белка построена так, что па ее поверхности имеется нечто вроде углубления.
В углубление попадает мукополисахарид, составляющий один из компонентов оболочки микробной клетки, и подвергается там гидролизу и разрушению, т. е. лизоцим по существу является ферментом.
Исследование антибиотиков
Не все антибиотики исследованы одинаково полно; формулы некоторых хорошо известны, другие еще составляют предмет изучения.
Как и в случае ферментов, не вся молекула антибиотика целиком, а лишь ее определенные участки играют роль в его специфическом действии.
Поэтому можно варьировать состав антибиотика, приспосабливая его к заданным микроорганизмам и условиям.
Это важно потому, что бактерии умеют защищаться от химических атак и постепенно возникают разновидности возбудителей болезней, малочувствительные к данному антибиотику.
Приходится пользоваться смесями антибиотиков или создавать новые, более эффективные вещества.
Так, например, в поисках антибиотиков, пригодных для успешной борьбы с туберкулезными бактериями, нашли, что смесь стрептомицина, тубазида и пара-аминосалициловой кислоты (ПАСК) настолько эффективна, что с ней не могут справиться даже те виды бактерий, которые уже привыкли к стрептомицину, приобрели устойчивость к нему.
Новые препараты, в частности этамбутол, также обладают очень высокой активностью и быстро уничтожают грозные палочки.
Для пенициллина характерно наличие циклической группировки атомов, содержащей серу.
Пенициллин
В зависимости от природы радикала R пенициллин проявляет различные свойства и различную бактерицидность по отношению к микроорганизмам.
Часто употребляется бензилпенициллин, в котором радикал представляет собой бензил C6H5CH2.
В стрептомицине мы встречаем дигуанидинотетраоксициклогексан, связанный по типу α-гликозидной связи с углеводом-дисахаридом — стрептобиозамином.
Как можно убедиться, лучистые грибы актиномицеты действуют не хуже химиков и способны синтезировать очень сложные соединения, превосходно выполняющие функции химической защиты.
Стрептомицин останавливает развитие бактерий туберкулеза, дизентерии, дифтерии, чумы, холеры и других инфекций при концентрациях порядка нескольких гамма (и даже долей гамма) (гамма — миллионная доля грамма).
К сожалению, стрептомицин обладает заметной токсичностью, что ограничивает иногда его применение.
Тетрациклин
Четыре цикла характерны для антибиотиков типа тетрациклина, широко применяемых в настоящее время в виде разнообразных производных.
Тетрациклин активен и против грамположительных и грамотрицательных бактерий и в общем мало токсичен.
Левомицетин
Группа NО2 и хлор — типичные составные части этого антибиотика.
Левомицетин (хлормицетин) образуется почвенным грибком—актиномицетом; вскоре после его открытия (1947) этот антибиотик удалось синтезировать.
Его особым достоинством является антириккетсиозное действие: он способен излечивать сыпной тиф, риккетсиозную оспу и ряд вирусных заболеваний.
Как действуют антибиотики
Механизм действия антибиотиков заключается в том, что они активно вмешиваются в обмен веществ у микробов.
Так, например, доказано, что пенициллин подавляет синтез ацетилмурамовой кислоты, которая входит в состав клеточной оболочки бактерий.
У человека и животных клеточная стенка не содержит этой кислоты, а поэтому пенициллин в умеренных дозах не является ядом для человека и животных, а действует только на бактерии.
Стрептомицин и левомицетин тормозят синтез белка в клетках и изменяют проницаемость клеточной стенки, тетрациклин не только тормозит синтез белка, но и ингибирует некоторые ферменты.
Кроме того, связывает биологически активные ионы металлов, образуя с ними комплексные соединения.
Точные сведения о химизме действия многих других антибиотиков пока еще не получены.
Химиотерапия в борьбе с инфекцией
Поиски химических средств борьбы с бактериями велись с переменным успехом.
После исследований П. Эрлиха прошло уже много лет, а новые успехи все еще заставляли себя ждать.
Дело в том, что теория мало в чем могла в тс времена помочь экспериментаторам, а опыты, производимые вслепую, обычно приводили лишь к частичным достижениям.
Большинство веществ, губительно влиявших на бактерии, вредили и организму.
Лишь в 1932 г. (Митч, Кларер и Домагк) обнаружили, что вещества, называемые сульфонамидами, обладают способностью излечивать стрептококковые инфекции.
Эти вещества и ранее были известны, но применялись они для окраски тканей в текстильной промышленности.
П. Эрлих с удивительной интуицией рекомендовал искан, нужные соединения именно среди красителей.
Так появился на сцене пронотозил, или красный стрептоцид, оказавшийся лишь первым звоном и длинной цени соединений, сочетавших бактерицидность с относительной безвредностью для человека.
Молекулу пронтозила удалось упростить; обычный белый стрептоцид не менее эффективен, его молекула сохраняет те группы атомов, которые собственно и действуют па бактерии.
Самое же важное в истории применения сульфонамидов заключается в том, что постепенно раскрылся внутренний механизм их действия.
Теория химиотерапии получила таким образом серьезное обоснование, столь необходимое ей для дальнейшего прогресса.
Одним из необходимых для развития бактерий веществом является пapa-аминобензойная кислота (рис. выше).
Если вместо этого вещества предложить бактериям другое, имеющее очень похожее строение, именно стрептоцид:
то бактерия усвоит его, но ее обмен веществ нарушится и в итоге бактерия или погибнет, или потеряет способность к делению.
Интересно, что, несмотря на сходство общего типа строения пара-аминобензойной кислоты и стрептоцида, распределение электронов в их молекулах неодинаково.
Недавно А. Гудо и М. Фагэ рассчитали распределение электронной плотности π-электронов для обеих молекул и установили, что, в то время как у пара-аминобензойной кислоты на группе СО находится заряд, равный —0,81, в молекуле сульфаниламида на атоме аминогруппы находится заряд + 0,61.
Следовательно, несмотря на геометрическое сходство конфигураций двух молекул, они различаются по распределению электронов и должны, конечно, проявлять различные химические свойства.
Стрептоцид оказался очень эффективным средством в борьбе со стрептококковыми инфекциями и находит широкое применение в медицине.
Конструируя по этим же принципам другие молекулы, химики получили большое число соединений, очень хорошо зарекомендовавших себя в клинической практике.
В настоящее время в арсенале врача имеются: норсульфазол, сульфодимезин, этазол, фталазол и другие препараты, в молекулах которых сохраняется характерное «ядро» стрептоцида.
Статья на тему Антибиотики