Способность одних микроорганизмов подавлять жизнь других (антибиоз ) была впервые установлена И. И. Мечниковым , который предложил использовать это свойство для лечебных целей: в частности, он применил для подавления жизнедеятельности вредных гнилостных бактерий кишечника молочнокислую палочку, которую предлагал вводить с простоквашей.

В 1868—1871 гг. В. А. Манассеин и А. Г. Полотебнов указали на способность зеленой плесени подавлять рост различных патогенных бактерий и с успехом применили ее для лечения инфицированных ран и язв.

Большое значение в учении об антибиотиках имели исследования Н. А. Красильникова, А. И. Кореняко, М. И. Нахимовской и Д. М. Новогрудского, которые установили Широкое распространение в Почве грибов, вырабатывающих различные антибиотические вещества.

В 1940 г. были разработаны методы излечения и получения из культуральной жидкости антибиотических веществ в чистом виде. Многие из этих антибиотических веществ оказались весьма эффективными при лечении ряда инфекционных болезней.

Наибольшее значение в медицинской практике получили следующие антибиотики:

Пенициллин,

Стрептомицин,

Левомицетин,

Синтомицин,

Тетрациклины,

Альбомицин,

Грамицидин С,

Мицерин и др.

В настоящее время известна химическая природа многих антибиотиков, что позволяет получать эти антибиотики не только из естественных продуктов, но и синтетическим путем.

Антибиотики, обладая способностью подавлять развитие патогенных микробов в организме, в то же время являются малотоксичными для организма человека. Задерживая развитие в организме патогенных микробов, они тем самым способствуют усилению защитных свойств организма и быстрейшему выздоровлению больного. Вот почему требуется правильный выбор антибиотика для лечения различных инфекционных заболеваний. В отдельных случаях можно пользоваться комбинацией антибиотиков или проводить комплексное лечение антибиотиками, сульфаниламидами и другими препаратами.

Пеницилин

Пенициллин — вещество, вырабатываемое плесенью Penicillium при росте ее на жидких питательных средах. Впервые оно было получено английским ученым А. Флемингом в 1928 г. В СССР пенициллин был получен 3. В. Ермольевой в 1942 г. Для получения пенициллина плесень засевают в специальную питательную среду, где по мере ее размножения накапливается пенициллин. Оптимальная температура роста Penicillium 24—26°. Максимальное накопление пенициллина происходит через 5—6 дней, а при интенсивном доступе кислорода (аэрации) — более быстро. Питательную жидкость фильтруют и подвергают специальной обработке и химической очистке. В результате получается очищенный препарат в виде кристаллического порошка. В жидком виде пенициллин нестоек, в порошке более устойчив, особенно при температуре 4—10°. Порошок быстро и полностью растворяется в дистиллированной воде или физиологическом растворе поваренной соли.

Пенициллин обладает способностью задерживать размножение в организме многих патогенных микробов— стафилококков, стрептококков, гонококков, анаэробных бацилл, спирохет сифилиса. Не действует пенициллин на палочки брюшного тифа, дизентерии, бруцеллы, туберкулезную палочку. Пенициллин широко применяют для лечения нагноительных «процессов, септических заболеваний, воспаления легких, гонореи, цереброспинального менингита, сифилиса, анаэробных инфекций.

В отличие от большинства синтетических химических препаратов пенициллин мало токсичен для человека и его можно вводить в больших дозах. Вводят пенициллин обычно внутримышечно, так как при введении через рот он быстро разрушается желудочным и кишечным соком.

В организме пенициллин быстро выводится почками, поэтому его назначают в виде внутримышечных инъекций через каждые 3—4 часа. Количество вводимого пенициллина исчисляется в единицах действия (ЕД). За единицу пенициллина принимают то количество его, которое полностью задерживает рост золотистого стафилококка в 50 мл бульона. Выпускаемые отечественной промышленностью препараты пенициллина содержат в одном флаконе от 200 000 до 500 000 ЕД пенициллина.

Для удлинения срока действия пенициллина в организме изготовлен ряд новых препаратов, содержащих пенициллин в комплексе с другими веществами, которые способствуют медленному всасыванию пенициллина и еще более медленному выделению его из организма почками (новоциллин, экмопенициллин, бициллин 1, 2, 3 и Др.). Некоторые из этих препаратов можно принимать внутрь, так как они не разрушаются под действием желудочного и кишечного сока. К числу таких препаратов относится, например, феноксиметилпенициллин; последний выпускается в виде таблеток для приема перорально.

В настоящее время получена большая группа новых препаратов пенициллина — полусинтетических пенициллинов. В основе этих препаратов лежит 6-амино-пеницил-линовая кислота, составляющая ядро пенициллина, к которой химическим путем присоединяются различные радикалы. Новые пенициллины (метициллин, оксациллин и др.) действуют на микроорганизмы, устойчивые к бензилпенициллину.

Наибольшее число антибиотиков вырабатывается лучистыми грибами — актиномицетами. Из этих антибиотиков широкое применение получили стрептомицин, хлоромицетин (левомицетин), биомицин (ауреомицин), террамицин, тетрациклин, колимиции, мицерин и др.

Стрептомицин

Стрептомицин — вещество, вырабатываемое лучистым грибом Actinomyces globisporus streptomycini. Он обладает способностью подавлять рост многих грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также туберкулезной палочки. Недостатком стрептомицина является то, что микробы быстро к нему привыкают и становятся устойчивыми к его действию. Активность действия стрептомицина проверяют на кишечной палочке (Bact. coli). Практическое применение стрептомицин получил для лечения некоторых форм туберкулеза, особенно туберкулезного менингита, туляремии, а также в хирургической практике.

Хлоромицетин

Хлоромицетин получен в 1947 г. из культуральной жидкости актиномицетов. В 1949 г. учеными был синтезирован аналогичный препарат под названием левомицетина. Левомицетин представляет собой кристаллизированный порошок, очень устойчивый как в сухом состоянии, так и в растворах. Растворы левомицетина выдерживают кипячение в течение 5 часов. Левомицетин активен по отношению ко многим грамположительным и грамотрицательным бактериям, а также к риккетсиям. Принимают левомицетин через рот. Левомицетин рекомендуют применять для лечения следующих заболеваний: брюшного тифа и паратифов, сыпного тифа, бруцеллеза, коклюша, дизентерии и хирургических инфекций, вызванных грамотрицательными бактериями.

Наряду с левомицетином широко применяется другой синтетический препарат — синтомицин, представляющий собой неочищенный левомицетин. По своему действию синтомицин аналогичен левомицетину; он назначается в дозе в 2 раза большей, чем левомицетин.

Тетрациклины

К ним относится хлортетрациклин (ауреомицин, биомицин), окситетрациклин (терра-мицин) и тетрациклин. Хлортетрациклин получен из культуральной жидкости гриба Actinomyces aureofaciens, он обладает широким спектром действия против большинства грамположительных и грамотрицательных бактерий, простейших, риккетсий и некоторых крупных вирусов (орнитоза), хорошо всасывается при приеме перорально и диффундирует в ткани. Применяется для лечения дизентерии, бруцеллеза, риккетсиозов, сифилиса, орнитоза и других инфекционных заболеваний. Окситетрациклин и тетрациклин по своим свойствам напоминают хлортетрациклин и близкие к нему по механизму действия на микроб.

Неомицины

Неомицины — группа антибиотиков, полученных из культуральной жидкости актиномицетов, активны в отношении многих грамотрицательных и грамположительных бактерий, в том числе микобактерий. Их активность не снижается в присутствии белков крови или ферментов. Препараты плохо всасываются в желудочно-кишечном тракте, относительно мало токсичны. Применяются главным образом для местного лечения хирургических и кожных инфекций, вызванных стафилококками, устойчивыми к другим антибиотикам.

К группе неомицинов относятся советские препараты мицерин и колимицин, которые нашли широкое применение для лечения колиэнтеритов у детей, вызванных кишечными палочками или стафилококками, устойчивыми к другим антибиотикам.

Нистастин

Нистатин — антибиотик, эффективный не против бактерий, а против грибов. Он плохо растворяется в воде, поэтому его нельзя применять парентерально, а надо вводить внутрь в виде таблеток или местно в виде мазей.

Нистатин часто входит в состав таблеток вместе с другим антибиотиком — тетрациклином — с целью предотвращения кандидоза как осложнения при длительном применении тетрациклина.

Из антибиотиков бактериального происхождения пан большее значение имеет грамицидин.

Грамицидин

Грамицидин — вещество, полученное из культуры почвенной споровой палочки В. brevis. Название свое препарат получил в связи с тем, что он подавляет рост преимущественно грамположительных бактерий. В 1942 г. в СССР ученые открыли антибиотик, получивший название грамицидин С (советский грамицидин). Он обладает широким диапазоном действия, подавляя рост бактерий. Грамицидин С применяют в виде водно-спиртовых, спиртовых и масляных растворов только для местного лечения нагноительных и язвенных процессов.

Большой интерес представляют также антибиотики животного происхождения.

В 1887 г. Н. Ф. Гамалея указал на антибактериальное действие тканей животного организма. Затем в 1893 г. О. О. Успенский доказал бактерицидное действие экстрактов печени в отношении палочек сибирской язвы, сапа, стафилококков и других микробов.

Из антибиотиков животного происхождения получили применение следующие.

1. Лизоцим — вещество, продуцируемое клетками животных и человека. Впервые обнаружен П. Н. Лащенковым в 1909 г. в белке куриного яйца. Лизоцим содержится в слезах, секретах слизистых, в печени, селезенке, почках, сыворотке. Обладает способностью растворять как живых, так и мертвых микробов. Лизоцим в очищенном виде был применен 3. В. Ермольевой и И. С. Буяновской в клинической, промышленной и сельскохозяйственной практике. Наблюдается эффект от применения лизоцима при заболеваниях уха, горла, носа и глаз, при после гриппозных осложнениях.

2. Экмолин получен из рыбной ткани, биологически активен по отношению к тифозным и дизентерийным палочкам, стафилококкам и стрептококкам, действует также па вирус гриппа. Экмолин усиливает действие пенициллина и стрептомицина. Сообщают о положительных результатах комплексного применения экмолина со стрептомицином для лечения острой и хронической дизентерии и экмолина с пенициллином — для лечения и профилактики кокковых инфекций.

3. Фитонциды — вещества, выделяемые растениями. Открыты советским исследователем Б. П. Токиным в 1928 г. Эти вещества оказывают антимикробное действие на многих микроорганизмов, в том числе и на простейших. Наиболее активные фитонциды вырабатывают лук и чеснок. Если пожевать в течение нескольких минут лук, полость рта быстро очищается от микробов. Фитонциды применяют для местного лечения инфицированных ран. Антибиотики получили чрезвычайно широкое применение в медицинской практике и способствовали резкому уменьшению числа смертельных исходов при различных инфекционных заболеваниях (нагноительные процессы, менингиты, анаэробная инфекция, брюшной и сыпной тиф, туберкулез, детские инфекции и др.).

Однако следует указать и некоторое побочное и нежелательное их влияние.

При неправильном применении антибиотиков (маленькие дозы, кратковременное лечение) могут появиться устойчивые к данному антибиотику формы микробов-возбудителей. Вследствие этого для медицинской практики имеет большое значение определение чувствительности возбудителя инфекционного заболевания к тому или другому антибиотику.

Имеются 2 способа определения чувствительности выделяемых микробов к антибиотикам

1) метод серийных разведений

2) метод диффузии.

Первый метод более сложный и заключается в следующем: в ряд пробирок с 2 мл бульона наливают кратные разведения антибиотика, затем в каждую пробирку засевают 0,2 мл (выдержанной 18-ти часовой) бульонной культуры испытуемого микроба; пробирки помещают в термостат на 16—18 часов. Последняя пробирка, где отсутствует рост микробов, и определяет степень чувствительности микроба к данному антибиотику.

Более простым методом является метод диффузии . Для этой цели в лабораториях имеется набор специальных дисков из фильтровальной бумаги, пропитанных растворами разных антибиотиков. Делают посев выделенной культуры на чашку Петри, с мясопептонным агаром. Накладывают эти диски на засеянную поверхность.

Чашки помещают в термостат на 24—48 часов, после чего отмечают результат.

К другим осложнениям при применении антибиотиков относится снижение иммунологической реактивности. В этом случае иногда наступают рецидивы заболевания, например при брюшном тифе.

При слишком длительном приеме антибиотиков и в больших дозах часто наблюдаются токсические явления. У некоторых больных прием того или другого антибиотика вызывает аллергическую реакцию в виде высыпаний на коже, рвоты и т. д.

В отдельных случаях в результате длительного применения биомицина, левомицетина, синтомицина возможно угнетение нормальной микрофлоры человека, что ведет за собой активизацию условно патогенных микробов, обитающих на слизистых оболочках полости рта или кишечника: энтерококка, дрожжеподобных микроорганизмов и др. Эта флора в ослабленном организме может вызвать различного характера заболевания (кандидозы и др.). Все это свидетельствует о том, что медицинские работники должны применять антибиотики, строго руководствуясь существующими указаниями и инструкциями, наблюдая тщательно за состоянием больного, ив случае необходимости прекратить лечение его антибиотиками или заменить данный препарат другим.

Перечисленные осложнения не снижают ценности антибиотиков как лечебных препаратов. Благодаря антибиотикам медицинские работники в настоящее время имеют специфические лекарственные средства для лечения большинства инфекционных заболеваний.

Московская Медицинская Академия им. И.М. Сеченова

Кафедра Общей хирургии на базе ГКБ№23 (2 гнойное отделение)

«История открытия антибиотиков.»

Исполнитель:

Студентка III-ого курса

Лечебного факультета

4ой группы

Лабутина Юлия Олеговна

Преподаватель: Вавилова Г.С.

Москва 2004

Противомикробные препараты.

Сдерживание или прекращение роста микробов достигается различными методами (комплексами мер): антисептикой, стерилизацией, дезинфекцией, химиотерапией . Соответственно, химические вещества, которые применяются для осуществления этих мер, называются стерелизующими агентами, дезинфектантами, антисептиками и противомикробными химиопрепаратами . Противомикробные химические средства подразделяют на две группы: не обладающие избирательностью действия – губительны в отношении большинства микробов, но при этом токсичны для клеток макроорганизма (антисептики и дезинфектанты), и обладающие избирательностью действия (химиотерапевтические средства).

Химиотерапевтические противомикробные лекарственные средства – это химические препараты, которые применяют при инфекционных заболеваниях для этиотропного лечения (т.е. направленного на микроб как на причину болезни), а также для профилактики инфекций.

К антимикробным химиотерапевтическим средствам относят следующие группы препаратов:

Антибиотики (действуют только на клеточные формы микроорганизмов; также известны противоопухолевые антибиотики)

Синтетические химиопрепараты разного химического строения (среди них есть препараты, которые действуют или на клеточные микроорганизмы, или на неклеточные формы микробов)

Антибиотики – это химиотерапевтические препараты из химических соединений биологического происхождения (природные), а также их полусинтетические производные и синтетические аналоги, которые в низких концентрациях оказывают избирательное повреждающее или губительное действие на микроорганизмы и опухоли. Антибиотики, применяемые в медицинской практике, продуцируются актиномицетами (лучистыми грибами), плесневыми грибами, а также некоторыми бактериями. Как уже было сказано, противомикробное действие антибиотиков имеет избирательный характер: на одни организмы они действуют сильнее, на другие – слабее или вообще не действуют. Избирательно и воздействие антибиотиков и на животные клетки, вследствие чего они различаются по степени токсичности и влиянию на кровь и другие биологические жидкости. Некоторые антибиотики представляют значительный интерес для химиотерапии и могут применяться для лечения различных микробных инфекций у человека и животных.

Проблема лечения инфекционных заболеваний имеет такую же долгую историю, как и изучение самих болезней. С точки зрения современного человека, первые попытки в этом направлении были наивны и примитивны, хотя некоторые из них и не были лишены здравого смысла (например, прижигание ран или изоляция больных). Тот факт, что одни микробы могут каким-то образом задерживать рост других, был хорошо известен издавна. В народной медицине для обработки ран и лечения туберкулеза издавна применяли экстракты лишайников. Позднее в состав мазей для обработки поверхностных ран стали включать экстракты бактерий Pseudomonas aeruginosa . Опыт, накопленный тяжёлым путём проб и ошибок, вооружил знахарей знаниями целебных свойств вытяжек из трав и тканей животных, а также различных минералов. Изготовление настоев и отваров из растительного сырья было широко распространено в античном мире, их пропагандировал Клавдий Галён. В средневековье репутацию препаратов из лекарственного сырья значительно уменьшили всевозможные зелья, «изыскания» алхимиков и, конечно, убеждённость в неизлечимости «кар Господних». В этой связи следует упомянуть верование в целительное действие рук «помазанников Божьих», через прикосновение царствующей особы проходили толпы больных. Например, Людовик XIV возложил руки на 10 000 больных, а Карл II Стюарт - на 90 000. По мере понимания врачами правильности концепции лечение болезней принимало всё более «этиотропный» характер. Основателем химиотерапии с полным правом должен считаться Парацельс, названный А. И. Герценым «первым профессором химии от сотворения мира». Парацельс не без успеха применял для лечения инфекций человека и животных различные неорганические вещества (например, соли ртути и мышьяка). После открытия Нового Света стало известно о свойствах коры дерева «кина - кина», использовавшейся индейцами для лечения малярии. Популярности этого средства способствовало чудесное излечение жены вице-короля Америки, графини Цинхон, и в Европу кора прибыла уже под названием «порошок графини», а позднее её имя присвоили и самому хинному дереву. Такую же славу снискало и другое заокеанское средство - ипекакуана, применявшееся индейцами для лечения «кровавых» поносов.

Еще в 1871-1872 гг. российские ученые В.А. Манассеин и А.Г. Полотебнов наблюдали эффект при лечении зараженных ран прикладыванием плесени, хотя почему они помогают, никто не знал, и феномен антибиоза был неизвестен.

Однако некоторые из первых ученых-микробиологов сумели обнаружить и описать антибиоз (угнетение одними организмами роста других). Дело в том, что антагонистические отношения между разными микроорганизмами проявляются при их росте в смешанной культуре. До разработки методов чистого культивирования разные бактерии и плесени выращивались вместе, т.е. в оптимальных для проявления антибиоза условиях. Луи Пастер еще в 1877 при изучении сибирской язвы заметил, что заражение животного смесью возбудителя и других бактерий часто мешает развитию заболевания, что позволило ему предположить, что конкуренция между микробами может блокировать патогенные свойства возбудителя. Он описал антибиоз между бактериями почвы и патогенными бактериями – возбудителями сибирской язвы и даже предположил, что антибиоз может стать основой методов лечения. Наблюдения Л. Пастера (1887) подтвердили, что антагонизм в мире микробов – это распространенное явление, однако природа его была неясна.

Первые антибиотики были выделены еще до того, как стала известной их способность угнетать рост микроорганизмов. Так, в 1860 был получен в кристаллической форме синий пигмент пиоцианин , вырабатываемый небольшими подвижными палочковидными бактериями рода Pseudomonas , но его антибиотические свойства были обнаружены лишь через много лет. В 1899г. – Р. Эммерих и О. Лоу сообщили об антибиотическом соединении, образуемом бактериями Pseudomonas pyocyanea , и назвали его пиоцианазой ; препарат использовался как местный антисептик. В 1896 Б. Гозио из жидкости, содержащей культуру грибка из рода Penicillium (Penicillium brevicompactum ) , удалось кристаллизовать еще одно химическое вещество, получившее название микофеноловая кислота , подавляющая рост бактерий сибирской язвы.

Но ни одно лекарство не спасло столько жизней, сколько пенициллин . С открытием этого вещества началась новая эра в лечении инфекционных болезней – эра антибиотиков. Открытие лекарств антибиотиков, к которым мы уже так привыкли в наше время, сильнейшим образом изменило человеческое общество. Отступили заболевания еще не давно считавшиеся безнадежными. Еще удивительнее история самого открытия.

Выдающийся биолог Александр Флеминг родился 6 августа 1881 г. в Шотландии, в графстве Эршир. Мальчик рос на ферме своих родителей, со всех сторон окружённой вересковыми пустошами. Природа давала юному Александру гораздо больше, чем школа. В возрасте 13 лет юный Александр переехал в столицу Великобритании - Лондон. В то время как его сверстники учились, Флеминг 5 лет проработал в местной пароходной компании, зарабатывая себе на жизнь.

В 1901 г. Флеминг поступил в медицинское училище Святой Марии, сдав сложные экзамены. Ему не помешало то, что прошло уже 5 лет, как он перестал учиться. Более того, он был признан лучшим из поступающих во всём Соединённом королевстве! Флеминг никогда не делал бесполезной работы. Он умел извлечь из учебника только необходимое, пренебрегая остальным.

После завершения учёбы Флеминга пригласили работать в бактериологической лаборатории больницы Св. Марии. Бактериология в то время находилась на переднем крае науки.

Рабочий день Флеминга в первые годы его научной деятельности был едва ли не круглосуточным. По его приходу на работу проверяли часы. И даже в два часа ночи задержавшиеся на работе сотрудники могли зайти к нему побеседовать и выпить кружку пива.

В августе 1914 г. разразилась Первая мировая война. Флеминг получил звание офицера медицинской службы и был послан создавать бактериологическую лабораторию во Францию, в город Булонь.

Каждый день, поднимаясь на чердак госпиталя, где разместилась лаборатория, Флеминг проходил через госпитальные палаты, где лежали раненые. Ежедневно прибывали всё новые и новые их группы. Здесь, в госпитале, они сотнями умирали от инфекции. Переломы, разрывы внутренних тканей... Кусочки земли и одежды, попавшие в раны, довершали работу бомб. Лицо раненого приобретало серый цвет, дыхание затруднялось - начиналось заражение крови. Результат - неизбежная смерть.

Флеминг стал исследовать эту инфекцию. Он рассказывал:

«Мне советовали обязательно накладывать повязки с антисептиками: карболовой, борной кислотами или перекисью водорода. Я видел, что антисептики убивают не все микробы, но мне говорили, что они убивают некоторые из них, и лечение проходит успешнее, чем в том случае, когда не применяют антисептики».

Флеминг решил поставить простой опыт, чтобы проверить, насколько антисептики помогают бороться с инфекцией.

Края большинства ран были неровными, со многими изгибами и извилинами. Микробы скапливались в этих изгибах. Флеминг сделал муляж раны из стекла: раскалил пробирку и изогнул её конец наподобие извилин раны. Затем он наполнил эту пробирку сывороткой, загрязнённой навозом. Это была как бы общая схема обычного боевого ранения. На следующий день сыворотка стала мутной и издавала неприятный запах. В ней размножилось огромное количество микробов. Затем Флеминг вылил сыворотку и наполнил пробирку раствором обычного сильного антисептика, после чего снова заполнил промытую таким образом пробирку чистой, незаражённой сывороткой. И что же? Сколько бы раз Флеминг ни промывал пробирку антисептиками, чистая сыворотка через день становилась такой же зловонной и мутной.

В изгибах пробирки микробы сохранялись, несмотря ни на что. Из этого опыта Флеминг сделал вывод, что обычные антисептики нисколько не помогают при фронтовых ранениях. Его совет военным врачам был следующим: удалять все омертвевшие ткани, где легко могут развиваться микробы, и помогать организму самому бороться с инфекцией посредством выделения белых кровяных телец, из которых образуется гной. Белые кровяные клетки (свежий гной) уничтожают колонии микробов.

Флеминг писал о своих чувствах в те дни:

«Глядя на заражённые раны, на людей, которые мучились и умирали и которым мы не в силах были помочь, я сгорал от желания найти, наконец, какое-нибудь средство, которое способно было бы убить эти микробы, нечто вроде сальварсана...»

В ноябре 1918 г. закончилась война, Флеминг вернулся в Англию, в свою лабораторию.

Флеминга часто высмеивали за беспорядок в лаборатории. Но этот беспорядок, как выяснилось, был плодотворным. Один из его сотрудников рассказывал:

«Флеминг сохранял выделенные им культуры микроорганизмов по две-три недели и, прежде чем уничтожить, внимательно их изучал, чтобы проверить, не произошло ли случайно какого-нибудь неожиданного и интересного явления. Дальнейшая история показала, что, если бы он был таким же аккуратным, как я, он скорее всего не открыл бы ничего нового».

Как-то раз в 1922 г., страдая насморком, Флеминг посеял в лабораторной посуде - чашке Петри - собственную носовую слизь. В той части чашки Петри, куда попала слизь, колонии бактерий погибли. Флеминг стал исследовать это явление и выяснил, что такое же действие оказывают слёзы, обрезки ногтя, слюна, кусочки живой ткани. Когда капля слезы попадала в пробирку с раствором, мутным от множества бактерий, он за несколько секунд становился совершенно прозрачным!

Сотрудникам Флеминга пришлось перенести немало «мучений», добывая слёзы для опытов. Они срезали цедру с лимона, выжимали её себе в глаза и собирали выступавшие слёзы. В больничной газете был даже помещён юмористический рисунок, на котором дети за небольшую плату дают лаборанту себя высечь, а другой лаборант собирает у них слёзы в сосуд с надписью « антисептики ».

Флеминг назвал открытое им вещество «лизоцим » - от греческих слов «растворение» и «закваска» (имелось в виду растворение бактерий). К сожалению, лизоцим убивал далеко не все вредные, болезнетворные бактерии.

Совершить самое важное открытие в его жизни Флемингу также помогли случай и творческий беспорядок в лаборатории. Как-то в 1928 г. Флеминга навестил его коллега Прайс. Флеминг перебирал чашки Петри со старыми культурами. Во многие из них залетела плесень, что бывает довольно часто. Флеминг говорил Прайсу: «Как только вы открываете чашку с культурой, вас ждут неприятности: обязательно что-нибудь попадёт из воздуха...» Вдруг он замолчал и сказал, как всегда, спокойно: «Странно...»

В чашке Петри, которую он держал в руках, тоже выросла плесень, но здесь колонии бактерий вокруг неё погибли, растворились.

С этого момента Флеминг стал исследовать смертоносную для бактерий плесень, а чашку Петри, в которую она залетела, он сохранил до самой смерти.

Александр Флеминг наблюдая антагонизм Penicillium notatum и стафилококка в смешанной культуре открыл штамм плесневого гриба пеницилла (Penicillium notatum ), выделяющего химическое вещество, которое задерживает рост стафилококка. Вещество было названо «пенициллин». Правда, впереди было самое важное испытание: не окажется ли это вещество таким же вредным для человека и животных, как для бактерий? Если бы это было так, пенициллин ничем бы не отличался от множества известных и до того антисептиков. Его нельзя было бы вводить в кровь. К величайшей радости Флеминга и его сотрудников, пенициллиновый бульон, смертоносный для бактерий, был не более опасен для подопытных кроликов и мышей, чем обычный бульон.

Но чтобы применять пенициллин для лечения, его нужно было получить в чистом виде, выделить его из бульона. Бульон, содержащий чужеродные для организма белки, нельзя было вводить в кровь человека.

В феврале 1929 г. Флеминг сделал сообщение о своём открытии в медицинском обществе. Ему не было задано ни одного вопроса! Учёные встретили открытие абсолютно равнодушно, без малейшего интереса. Ещё в 1952 г. Флеминг вспоминал об этой «ужасной минуте».

Так прошло одиннадцать лет! Те немногие химики, которые заинтересовались пенициллином, так и не смогли выделить его в чистом виде. Флеминг, впрочем, не терял надежды и верил, что у открытого им вещества большое будущее.

В 1940 г. неожиданно произошло одно из самых счастливых событий в жизни Флеминга. Из медицинского журнала он узнал, что оксфордским учёным Флори и Чейну удалось получить стабильный препарат пенициллин в очищенном виде. Флеминг ничем не выдал своей радости и только позже заметил, что о работе с такими химиками он и мечтал уже 11 лет.

История открытия пенициллина поистине удивительна. Кто бы мог подумать, что талантливый еврейский мальчик-музыкант, отец которого был выходцем из России, а мать немкой, в конечном итоге бросит стезю профессионального пианиста и найдет совершенно иной путь к всемирной славе. Речь идет об Эрнесте Каине, которого мы знаем под его англицированным именем Чейн. Трудно сказать, правы ли те, кто видит судьбу человека в его имени, но в данном случае имя Эрнест, которое переводится как «искренний, правдивый», полностью соответствовало характеру и моральным достоинствам его носителя.

Отец Эрнеста был талантливым химиком, организовавшим в Берлине собственное производство. И хотя сын окончил гимназию и университет, родители видели его за роялем. Он стал талантливым концертирующим пианистом, а также музыкальным критиком берлинской газеты, однако любовь к науке пересилила. В промежутках между концертами и репетициями молодой человек пропадал в лаборатории химической патологии известнейшей берлинской клиники «Шарите» - «Милосердие».

В апреле 1933 г. Э. Чейн был вынужден покинуть Германию, чтобы больше никогда не возвращаться на родину. Его друг, знаменитый английский биолог Дж. Холдейн, устроил его в Кембридж, где в ходе своей работы над диссертацией Э. Чейн доказал, что нейротоксин змеиного яда является пищеварительным ферментом. Работа сделала ему имя, поэтому в 1935 г. он был приглашен профессором патологии Г. Флори в Оксфорд, чтобы развернуть работу по лизоциму - антибактериальному ферменту. Э. Чейн предлагает Г. Флори сконцентрироваться на более обещающем пенициллине, открытом А. Флемингом. Энтузиазм Э. Чейна заразил Г. Флори, который не мог дождаться проверки действия антибиотика на микробах. Именно Флори достал первые 35 фунтов правительственных фондов для финансирования работы, поддержанной Э. Мелланби из Совета медицинских исследований.

25 мая 1940 г. под грохот бомб, падающих на улицы Лондона, был завершен решающий опыт на 50 белых мышах. Каждой из них ввели смертельную дозу микроба стрептококка. Половина мышей не получала никакого лечения, остальным каждые три часа в течение двух суток вводили пенициллин. Через 16 ч 25 подопытных животных погибли, а 24 мыши, получавшие лечение, выжили. Погибла только одна. Затем наступил биохимический триумф Э. Чейна, показавшего, что пенициллин имеет структуру беталактама. Оставалось только наладить производство нового чудо - лекарства.

Его чудодейственные свойства были доказаны в том же Оксфорде, в одну из клиник которого 15 октября того же года поступил местный полицейский, жаловавшийся на непроходящую «заеду» в углу рта (ранка была инфицирована золотистым стафилококком и нагноилась). К середине января инфекция захватила лицо мужчины, шею и перекинулась на руку и легкое. И тогда врачи отважились вколоть бедняге неслыханный до сего момента пенициллин. В течение месяца больной чувствовал себя неплохо: но драгоценные кристаллы, полученные из Оксфорда, кончились, и 15 марта 1941 г. полицейский скончался. Но не смотря на неудачный опят Г. Флори стал собираться в Америку в поисках коммерческой помощи в налаживании массового производства продукта. Известная фармацевтическая компания «Мерк» из города Рауэй штат Нью-Джерси, спонсировала работы С. Ваксмана из университета Руттерса, который, начиная с 1939 г, вел работы по изучению «антибиозиса» стрептомицетов. Его первая работа была опубликована 24 августа 1940 г. в авторитетнейшем «Ланцете», выходящем в Лондоне. Поэтому приезд Г. Флори с готовыми наработками был подобен манне небесной. «Американцы украли пенициллин у британцев!» Это верно лишь отчасти, поскольку Англия вследствие военного истощения ресурсов, не смогла бы быстро наладить промышленное производство антибиотиков, с помощью которых лечили и британских солдат. Недаром же на вручении Нобелевской премии по медицине за 1945 г. говорили, что «Флеминг сделал для победы над фашизмом больше, чем 25 дивизий».

Первое применение пенициллина в США произошло в феврале 1942 г. Внезапно заболела Анна Миллер, молодая 33-летняя жена администратора Йельского университета, мать троих детей. Будучи медсестрой по образованию, она сама лечила четырехлетнего сына от стрептококковой ангины. Мальчик выздоровел, но вот у его мамы внезапно случился выкидыш, осложнившийся лихорадкой с высокой температурой. Женщина была доставлена в главный госпиталь Нью-Хейвена в том же штате Нью-Джерси с диагнозом стрептококковый сепсис: в миллилитре ее крови бактериологи насчитали 25 колоний микроба! Но что могли сделать в те дни врачи против грозного сепсиса? Если бы не чудо в лице Дж. Фултона, друга Флори, лежавшего в другой палате, который подхватил какую-то легочную инфекцию, обследуя солдат в Калифорнии. 12 марта лечащий врач рассказал Дж.Фултону о приближающейся кончине Анны, у которой температура 41° держалась уже в течение 11 дней! «А нельзя ли получить лекарство у Флори», - высказал он робкую надежду. Дж. Фултон считал, что он вправе обратиться к другу. В конце концов именно он помогал ему в 1939 г. получить грант фонда Рокфеллера на 5 тысяч долларов. (Деньги отпускались на исследование бактерицидного действия пенициллина).

Дж. Фултон позвонил в «Мерк», разрешение было получено, и первые дозы пенициллина были посланы в госпиталь Нью-Хейвена. Бесценный груз сопровождала полиция. В 3 часа пополудни Анне сделали первый укол. К 9 часам следующего утра ее температура стала нормальной! В ноябре 1942 г. «Мерк» провела уже массовые испытания пенициллина на людях, когда получателями антибиотика стали полтысячи людей, пострадавших на пожаре в ночном клубе Бостона.

A в мае 1942 г. Анна Миллер, потерявшая в весе 16 кг, но счастливая и здоровая, выписалась из больницы. В августе свою «крестницу» посетил А. Флеминг. В 1990 г. ее, 82-летнюю, чествовали в Смитсонианском музее естественных наук в Вашингтоне.

В 1942 г. Флемингу также пришлось ещё раз проверить действие пенициллина на своём близком друге, заболевшем воспалением мозга. В течение месяца Флемингу удалось полностью вылечить безнадёжного больного.

В 1941-1942 гг. в Америке и Англии налаживалось промышленное производство пенициллина.

Крошечная спора, случайно занесённая ветром в лабораторию Флеминга, теперь творила настоящие чудеса. Она спасала жизнь сотням и тысячам больных и раненных на фронтах людей. Она положила начало целой отрасли фармацевтической промышленности - производству антибиотиков. Позднее как-то раз, говоря об этой споре, Флеминг привёл поговорку: «Могучие дубы вырастают из малых желудей». Война придала открытию Флеминга особое значение.

Имя учёного было окружено славой, которая всё возрастала. Его, как и его лекарство, знал теперь весь мир. Действие нового лекарства превзошло самые смелые ожидания. Многим тяжелым больным он приносил полное исцеление. С этого момента началось триумфальное шествие пенициллина по всем странам мира. Его называли «чудесная плесень», «желтая магия» и т. п. Он излечивал заражение крови, воспаление легких, всевозможные нагноения и другие тяжелые недуги. Раньше от заражения крови (сепсиса) погибало 50-80 человек из каждых 100 заболевших людей. Это была одна из самых опасных болезней, перед которой медицина чаще всего оказывалась бессильной. Сейчас пенициллин спасает почти всех больных сепсисом. Смерть от заражения крови теперь уже чрезвычайное происшествие. От воспаления легких погибало много людей, особенно детей и стариков, теперь от этой болезни умирают редко. Нужно только вовремя применить пенициллин.

Английский король возвёл учёного в дворянское достоинство. А в 1945 году А. Флеминг, Х. Флори и Э. Чейн были удостоены Нобелевской премии по медицине за открытие пенициллина.

Александр Флеминг скоропостижно скончался 11 марта 1955 г. Его смерть заставила скорбеть едва ли не весь мир. В испанском городе Барселоне, который посещал Флеминг, цветочницы высыпали все цветы из корзин к мемориальной доске с его именем. В Греции, где тоже бывал учёный, объявили траур. Флеминг был погребён в лондонском соборе Св. Павла.

Хотя существуют сведения что в 1985 г. в архивах Лионского университета была найдена диссертация рано скончавшегося студента-медика (Эрнест Августин Дюшене), за сорок лет до Флеминга подробно характеризующая открытый им препарат из плесени Р. notatum , активный против многих патогенных бактерий.

В 1937 г. – М. Вельш описал первый антибиотик стрептомицетного происхождения – актиномицетин . В 1939 г. – Н.А. Красильников и А.И. Кореняко получили мицетин ;

Среди первых исследователей, занявшихся целенаправленным поиском антибиотиков, был Р.Дюбо. Проведенные им и его сотрудниками эксперименты привели к открытию антибиотиков, вырабатываемых некоторыми почвенными бактериями, их выделению в чистом виде и использованию в клинической практике. В 1939 Дюбо получил тиротрицин – комплекс антибиотиков, состоящий из грамицидина и тироцидина; это явилось стимулом для других ученых, которые обнаружили еще более важные для клиники антибиотики.

Таким образом, к моменту получения пенициллина в очищенном виде было известно пять антибиотических средств (микофеноловая кислота, пиоцианаза, актиномицетин, мицетин и тиротрицин ).

Так начиналась эра антибиотиков. В нашей стране большой вклад в учение об антибиотиках внесли З. В Ермольева и Г.Ф. Гаузе. Зинаида Виссарионовна Ермольева (1898 – 1974) – автор первого советского пенициллина (крустозин ), полученного из P . Crustosum

Сам термин «антибиотики » (от греч. Anti, bios – против жизни) был предложен С. Ваксманом в 1942 году для обозначения природных веществ, продуцируемых микроорганизмами и в низких концентрациях антагонистичных к росту других бактерий. З.Ваксман со своими студентами в Университете Ратджерса, США, занимался актиномицетами (такими, как Streptomyces) и в 1944 открыл стрептомицин, эффективное средство лечения туберкулеза и других заболеваний. Сильнее всего действует стрептомицин при туберкулезном поражении оболочек мозга - менингите, при туберкулезе гортани, кожи. Раннее почти все заболевшие туберкулезным менингитом погибали, а теперь с помощью стрептомицина большинство больных выздоравливают. На туберкулез легких стрептомицин действует слабее. И все-таки он до сих пор остается одним из лучших средств лечения этой болезни. Стрептомицин помогает также при коклюше, воспалении легких, заражении крови.

В последующем число антибиотиков быстро росло. После 1940 было получено множество клинически важных антибиотиков, в их числе бацитрацин, хлорамфеникол (левомицетин), хлортетрациклин, окситетрациклин, амфотерицин В, циклосерин, эритромицин, гризеофульвин, канамицин, неомицин, нистатин, полимиксин, ванкомицин, виомицин, цефалоспорины, ампициллин, карбенициллин, аминогликозиды, стрептомицин, гентамицин.

ГБОУ города Москвы Гимназия №1505

«Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория»

Реферат
Устойчивость бактерий к антибиотикам

Алексеенок Мария

Руководитель: Ноздрачева А. Н.

Глава 1. Антибиотики ………………..……………………………….…………………11

1. Что такое антибиотики? ……………..……………………………….….………4
2. История создания антибиотиков …..……………………………….……………4
3. Как антибиотики воздействуют на бактерии? ..………………….……………4
4. Почему антибиотик не убивает клетки хозяйского организма? …..…………..5
5. Возникновение устойчивости бактерий к антибиотикам ……………….……5

……………………6

Глава 3.Горизонтальный перенос генов ………………….………………………….8

Глава 4.Биопленки ………………………..………………..……………………….…..9

Заключение ………………………………………………………………………………..10

Список литературы ………………………………….…………………………………..10
Введение

В наше время в медицине широко используются антибиотики. Но в процессе их использования, обнаружилось возникновение устойчивости к антибиотикам у бактерий. И чем дольше человечество лечится антибиотиками, тем быстрее бактерии приспосабливаются к новым препаратам, так как отбираются не только сами гены устойчивости, но и механизмы их быстрого приобретения патогенными бактериями. Наука начала исследовать причины данного явления и выявила несколько механизмов устойчивости бактерий к антибиотикам.

Эта тема рассмотрена многими учеными, и потому написана научным языком. Меня проблема устойчивости заинтересовала по двум причинам. Во-первых, у меня заболел дедушка, и в процессе его лечения возникла проблема, так как бактерии-возбудители его болезни оказались устойчивыми практически ко всем антибиотикам. Также моя мама занимается изучением этой проблемы, и мне стало интересно разобраться в этой теме. Я поняла, что эта проблема действительно важна для всех. Поэтому я решила написать про устойчивость бактерий к антибиотикам понятным для школьников языком.

Целью моего реферата, является изучение и изложение понятным для школьников языком механизмов устойчивости бактерий к антибиотикам.

Мной были поставлены следующие задачи:

1. Дать определение антибиотикам

2. Рассказать, кто и когда открыл антибиотики.

3. Описать механизм действия антибиотиков на бактерии.

4. Ответить на вопрос: «Почему антибиотик не убивает эукариотические клетки?»

5. Описать механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам.

6. Рассказать, что такое биопленки и горизонтальный перенос генов, и какую роль они играют в устойчивости бактерий к антибиотикам.

Структура работы: реферат состоит из введения, глав с теоретическим обзором, заключения и источников.

Глава 1. Антибиотики

1.1 Что такое антибиотики?

Изначально антибиотики определялись как органические вещества природного или полусинтетического происхождения, способные убивать бактерии или замедлять их рост. В последнее время врачи и ученые перестали разделять понятия антибиотики и химиопрепараты (антибиотики полностью синтетического происхождения) .

1.2 История создания антибиотиков

Еще с древних времен люди использовали плесень для обеззараживания ран. Но первый антибиотик (пенициллин) был открыт в 1928 году Александром Флемингом. Пенициллин для лечебного применения разработали ученые Флори и Чейн .

После открытия пенициллина ученые открыли множество других антибиотиков, таких как: актиномицин, неомицин, стрептотрицин, бацитрацин, полимиксин, виомицин, хлорамфеникол. Учеными были разработаны химические модификации природных антибиотиков, обладающие лучшими лечебными свойствами. Они были менее токсичны, дольше не разрушались в организме человека, лучше проникали в органы и ткани, были способны подавлять больше видов бактерий .
1.3. Как антибиотики воздействуют на бактерии?

Антибиотик необратимо связывается с мишенью (ферментами, участвующими в синтезе ДНК, РНК, белков и клеточной стенки), что приводит к остановке ключевой (жизненно важной) реакции. В результате этого, бактерия гибнет или перестает делиться (рис.1) .

Рисунок 1. Механизм действия антибиотиков на бактерии.

1.4. Почему антибиотик не убивает клетки хозяйского организма?

Поскольку структура эукариотических белков, отвечающих за ключевые биохимические реакции в клетке, отличается от прокариотических, то антибиотики, действующие на бактерии, не токсичны для эукариотов. Самой безопасной группой антибиотиков являются пенициллины, так как они нарушают образование пептидогликана, входящего в состав клеточной стенки бактерий. А у эукариот пептидогликан не образуется .

1.5. Возникновение устойчивости бактерий к антибиотикам

Создание первых антибиотиков помогло человечеству справиться со многими смертельными заболеваниями. Например, с туберкулезом, воспалением легких, различных стафилококковых инфекций и многих других. Однако, чуть более чем через 10 лет после начала применения первых антибиотиков выяснилось, что у бактерий возникает к ним устойчивость. Кроме этого в последние годы ученые обнаружили, что теперь к новым антибиотикам устойчивость возникает быстрее, чем раньше. Многолетние научные исследования всех проблем, связанных с возникновением устойчивости у бактерий, выявили три основные причины этого явления. Первая – горизонтальный перенос генов

устойчивости, вторая – возникновение спонтанных мутаций и третья – образование бактериями биопленок.

А теперь детально остановимся на основных механизмах и путях возникновения устойчивости к антибиотикам.

Глава 2. Механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам
Рисунок 2. Биохимические механизмы лекарственной устойчивости. Составлено на основании схемы, приведенной в статье С. З. Миндлин, М.А. Петрова, И. А. Басс, Ж. М. Горленко. Происхождение, эволюция и миграция генов лекарственной устойчивости // Генетика.

2006. Т. 42. №11. С. 1495.
Различные биохимические механизмы приводят к устойчивости бактерий к антибиотикам (рис. 2) .

Выделяют следующие механизмы:

1. Снижение проницаемости мембраны.
2. Активный вынос антибиотика из клетки.
3. Инактивация антибиотика.
4. Модификация антибиотика.
5. Модификация молекулы-мишени.

Известны также и другие более редкие механизмы устойчивости.

Первый механизм заключается в снижении проницаемости клеточной мембраны за счет изменения ее химического состава.

Если же антибиотик проник в бактерию, то он может либо активно выносится из клетки, либо инактивироваться. Активный транспорт антибиотика из клетки происходит благодаря работе специализированных белков, которые образуют трансмембранные помпы, транспортирующие антибиотики. Инактивация происходит за счет того, что бактерия образует специальные ферменты, которые изменяют химическую структуру антибиотика, в результате чего он теряет свою антибактериальную активность. Изменения химической структуры могут происходить путем деградации или модификации антибиотика. Деградация – процесс разрушения молекулы антибиотика, например за счет гидролиза. Модификация – процесс изменения структуры молекулы антибиотика, например за счет присоединения дополнительных функциональных химических групп.Функциональная группа - структурный фрагмент органической молекулы (некоторая группа атомов), определяющий её химические свойства .

Другим механизмом является модификация молекулы-мишени бактерии, в результате чего нарушается связывание антибиотика и мишени. Мишень – это молекула, с которой связывается антибиотик и нарушает ее функции, что в результате убивает бактерию. Чаще всего мишенями служат ДНК-полимераза, РНК-полимераза, рибосома. А для ß-лактамаз мишенью является дипептид, из которого формируется клеточная стенка. Модификация мишени происходит за счет возникновения спонтанных генных мутаций или наличия специальных генов. Устойчивость к рифампицину — яркий пример устойчивости, возникшей за счет генной мутации. Рифампицин связывается с одним из белков (бэта-субъединицей), входящим в состав РНК-полимеразы, в результате чего происходит инактивация всего фермента. Устойчивость к рифампицину возникает в результате мутаций в гене, кодирующем бэта субъединицу. Это происходит за счет трансверсии последовательности AT в TA. В результате в белке бэта-субъединицы аспарагиновая кислота заменяется на валин. В результате этого рифампицин уже не способен связываться с таким измененным ферментом. Относительно высокая частота возникновения мутаций в гене бэта-субъединицы РНК-полимеразы приводит к быстрому отбору устойчивых мутантов, что в значительной степени ограничивает использование этого антибиотика против чувствительных бактерий .

Из более редких механизмов известно образование метаболического шунта – замены одной цепи реакций на другую. Например, этот механизм используется бактериями энтерококков для устойчивости к ванкомицину.

Этот антибиотик необратимо связывается с дипептидом D-Ala-D-Ala, входящего в состав молекулы-предшественника, из которой формируется клеточная стенка. В результате такой связи клеточная стенка не может образовываться, и бактерия всегда погибает. Ученые думали, что устойчивости к такому антибиотику не возникнет, но через 30 лет она появилась. У устойчивых штаммов обнаружили вместо дипептида D-Ala-D-Ala другой – D-Ala-D-Lac, с которым антибиотик не связывается. У устойчивых бактерий обнаруживают семь дополнительных генов, полученных путем горизонтального переноса. Именно эти гены участвуют в синтезе альтернативного предшественника клеточной стенки. Причем только после попадания в клетку антибиотика .

Существует и такой интересный механизм устойчивости как имитация молекулы-мишени. В ходе исследований у бактерий Mycobacterium smegmatis и Mycobacterium bovis обнаружили белок, который сворачивается в третичную структуру, очень похожую на структуру двойной спирали ДНК. Этот белок состоит из 5 аминокислот, свернутых в правозакрученную спираль точно такой же ширины, с таким же зарядом и спектром поглощения света как у молекулы ДНК. Антибиотик (из группы фторхинолонов), проникший в клетку, связывается с белком, а не с ДНК. В результате антибиотик не влияет на синтез ДНК .

Одна бактериальная клетка может обладать одновременно несколькими различными механизмами устойчивости к одному антибиотику .

Устойчивость бактерий к антибиотикам бывает врожденной и приобретенной. Врожденная устойчивость может быть обусловлена особенностью строения внешних структур или способностью данного вида или рода бактерий выделять вещество, инактивирующее антибиотик. А приобретенная устойчивость возникает при передаче генов путем горизонтального переноса генов, либо за счет возникновения спонтанной мутации. Все механизмы, которыми обладает бактерия передаются по наследству, так как они кодируются на ДНК .

Глава 3. Горизонтальный перенос генов

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) – это процесс передачи генетической информации организму, не являющемуся потомком. Для ГПГ необходимо участие как минимум двух независимых процессов: физического переноса ДНК и встраиванию перенесенной ДНК в реципиентный геном, благодаря чему происходит стабильное наследование приобретенных таким путем признаков .

Главную роль в ГПГ играют разные мобильные генетические элементы: плазмиды, транспозоны, IS-элементы и другие.

Плазмиды – внехромосомные генетические элементы, в виде замкнутой или линейной молекулы ДНК, способные долго автономно существовать в клетке. Плазмиды осуществляют физический перенос генов между клетками разных бактерий. Также они являются платформой, на которой происходит постоянный обмен генетическим материалом за счет различных систем рекомбинации. Рекомбинация – процесс обмена похожими участками ДНК.

Транспозон – последовательность ДНК, способная перемещаться внутри генома. Транспозоны содержат гены транспозиции и дополнительные гены и ограничены специальными прямыми или инвертированными концевыми повторами.

IS-элементы схожи с транспозонами, но они кодируют только белки, участвующие в процессе транспозиции. Также они могут являться частью сложных транспозонов.

Из-за массового неконтролируемого употребления антибиотиков и плохой экологии, произошло снижение природных барьеров, ограничивающих возможность ГПГ у бактерий. Это привело к тому, что гены устойчивости к антибиотикам.

стали передаваться с большей частотой, чем раньше.

Глава 4. Биопленки

Устойчивость к антибиотикам может также возникать благодаря формированию бактериями биопленок. Биопленки – надклеточная система, состоящая из бактериального сообщества, имеющая пленочную структуру . Биопленки способны выживать при максимальных терапевтических дозировках антибиотиков. Биопленки могут проявлять устойчивость к нескольким антибиотикам. Это происходит по следующим причинам.

1. Существование в биопленках особых персистирующих форм бактерий или персистеров. Персистер – это особая форма клетки, в которой не происходят биохимические реакции. Таким образом, антибиотик не воздействует на клетку, потому что в ней не происходят реакции, а антибиотик воздействует на функционирующие клетки. Через некоторое время клетка выходит из такого состояния и начинает функционировать.
2. Фильтрационная способность матрикса. Из-за того, что матрикс бактериальных биоплёнок состоит из различных биополимеров – полисахаридов, белков и даже ДНК, матрикс не только связывает клетки в единую структуру, но и заполняет межклеточные пространства, что позволяет биопленке выводить антибиотики.
3. Популяции бактерий, составляющие биопленку, также могут обладать разными вышеупомянутыми защитными механизмами, дополняющими друг друга.

Таким образом, образование бактериальных биопленок, делает бактерии более устойчивыми к антибиотикам, чем свободноживущие клетки .
Заключение

Развитие и распространение множественной устойчивости к антибиотикам среди болезнетворных бактерий уже сейчас создает серьезные проблемы при лечении инфекций человека и животных. Кроме того существует реальная опасность того, что в дальнейшем лечение антибиотиками вообще станет неэффективным. Поэтому нужны новые механизмы борьбы с болезнетворными бактериями. В данный момент учеными разрабатываются новые стратегии для борьбы с бактериальными заболеваниями. Но сейчас основной задачей человечества является прекращение бесконтрольного использования антибиотиков. Другими словами не следует использовать антибиотики без серьезной угрозы здоровью.

В данной работе цели и задачи мной были достигнуты.
Список литературы:

1. Миндлин С.З., Петрова М.А., Басс И.А., Горленко Ж.М. Происхождение, эволюция и миграция генов лекарственной устойчивости // Генетика. 2006. Т. 42. №11. С. 1495-1511.
2. Петрова М.А. Горизонтальный перенос генов устойчивости к соединениям ртути и антибиотикам в природных популяциях палеобактерий. Диссертация на соискание степени доктора биологических наук. Москва: 2013. С. 52-89.
3. Егоров Н. С. Основы учения об антибиотиках. Учебник (изд. 6-е). М.: Издательство МГУ, 2004. С. 7-61.
4. Энциклопедия для детей Аванта+ // Химия. Т.17. М.: Аванта+, 2004. С. 329.
5. Ovchinnikov Yu.A., Monastyrskaya G.S., Gubanov V.V., Lipkin V.M., Sverdlov E.D., Kiver I.F., Bass I.A., Mindlin S.Z., Danilevskaya O.N., Khesin R.B. Primary structure of Escherichia coli RNA polymerase nucleotide substitution in the beta subunit gene of the rifampicin resistant rpoB255 mutant // Molecular and General Genetics. 1981. V.184. №3. С. 536-538
6. Чеботарь И.В., Маянский А.Н.,Кончакова Е.Д., Лазарева А.В., Чистякова В.П. Антибиотикорезистентность биопленочных бактерий // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2012. Т. 14, № 1. С. 51-58.

Достарыңызбен бөлісу:

Антибиотики

Много веков назад было замечено, что зеленая плесень помогает в лечении тяжелых гнойных ран. Но в те далекие времена не знали ни о микробах, ни об антибиотиках. Первое научное описание лечебного действия зеленой плесени сделали в 70-х годах 19 века русские ученые В.А.Манассеин и А.Г. Полотебнов. После этого на несколько десятилетий о зеленой плесени забыли, и только в 1929 году она стала настоящей сенсацией, перевернувшей научный мир. Феноменальные качества этого неприятного живого организма изучил профессор микробиологии Лондонского университета Александр Флеминг.

Опыты Флеминга показали, что зеленая плесень вырабатывает особое вещество, обладающее антибактериальными свойствами и подавляющее рост многих болезнетворных микроорганизмов.

Антибиотики. История получения и применения антибиотиков

Это вещество ученый назвал пенициллином, по научному названию вырабатывающих его плесневых грибов. В ходе дальнейших исследований Флеминг выяснил, что пенициллин губительно действует на микробы, но вместе с тем не оказывает отрицательного действия на лейкоциты, принимающие активное участие в борьбе с инфекцией, и другие клетки организма. Но Флемингу не удалось выделить чистую культуру пенициллина для производства лекарственных препаратов.

Учение об антибиотиках — молодая синтетическая ветвь современного естествознания. Впервые в 1940 году был получен в кристаллическом виде химиотерапевтический препарат микробного происхождения – пенициллин — антибиотик, открывший летоисчисление эры антибиотиков.

Многие учёные мечтали о создании таких препаратов, которые можно было бы использовать при лечении различных заболеваний человека, о препаратах, способных убивать патогенных бактерий, не оказывая вредного действия на организм больного.

Пауль Эрлих (1854-1915) в результате многочисленных опытов синтезировал в 1912 году мышьяковистый препарат — сальварсан, убивающий in vitro возбудителя сифилиса. В 30-х годах прошлого столетия в результате химического синтеза были получены новые органические соединения – сульфамиды, среди которых красный стрептоцид (пронтозил) был первым эффективным препаратом, оказавшим терапевтическое действие при тяжёлых стрептококковых инфекциях.

Он долгое время пребывал в гордом одиночестве, если не считать используемого индейцами Южной и Центральной Америки для лечения малярии хинина — алкалоида хинного дерева. Только спустя четверть века были открыты сульфаниламидные препараты, а в 1940 году Александр Флеминг выделил в чистом виде пенициллин.

В 1937 году в нашей стране был синтезирован сульфидин – соединение, близкое к пронтозилу. Открытие сульфамидных препаратов и применение их в медицинской практике составило известную эпоху в химиотерапии многих инфекционных заболеваний, в том числе сепсиса, менингита, пневмонии, рожистого воспаления, гонореи и некоторых других.

Луи Пастер и С. Джеберт в 1877 году сообщили, что аэробные бактерии подавляют рост Bacillus anthracis.

В конце XIX века В. А. Манассеин (1841-1901) и А. Г. Полотебнов (1838-1908) показали, что грибы из рода Penicillium способны задерживать в условиях in vivo развитие возбудителей ряда кожных заболеваний человека.

И. И. Мечников (1845 — 1916) ещё в 1894 году обратил внимание на возможность использования некоторых сапрофитных бактерий в борьбе с патогенными микроорганизмами.

В 1896 году Р. Гозио из культурной жидкости Penicillium brevicompactum выделил кристаллическое соединение — микофеноловую кислоту, подавляющее рост бактерий сибирской язвы.

Эммирих и Лоу в 1899 году сообщили об антибиотическом веществе, образуемом Pseudomonas pyocyanea, они назвали его пиоцианазой; препарат использовался в качестве лечебного фактора как местный антисептик.

В 1910-1913 годах O. Black и U. Alsberg выделили из гриба рода Penicillium пеницилловую кислоту, обладающую антимикробными свойствами.

В 1929 году А. Флемингом был открыт новый препарат пенициллин , который только в 1940 году удалось выделить в кристаллическом виде.

Открытие Флеминга

В 1922 году после неудачных попыток выделить возбудителя простудных заболеваний Флеминг чисто случайно открыл лизоцим (название придумал профессор Райт) — фермент, убивающий некоторые бактерии и не причиняющий вреда здоровым тканям. К сожалению, перспективы медицинского использования лизоцима оказались довольно ограниченными, поскольку он был достаточно эффективным средством против бактерий, не являющихся возбудителями заболеваний, и совершенно неэффективным против болезнетворных организмов. Это открытие побудило Флеминга заняться поисками других антибактериальных препаратов, которые были бы безвредны для организма человека.

Следующая счастливая случайность - открытие Флемингом пенициллина в 1928 году — явилась результатом стечения ряда обстоятельств, столь невероятных, что в них почти невозможно поверить. В отличие от своих аккуратных коллег, очищавших чашки с бактериальными культурами после окончания работы с ними, Флеминг не выбрасывал культуры по 2-3 недели, пока его лабораторный стол не оказывался загроможденным 40-50 чашками. Тогда он принимался за уборку, просматривал культуры одну за другой, чтобы не пропустить что-нибудь интересное. В одной из чашек он обнаружил плесень, которая, к его удивлению, угнетала высеянную культуру бактерии. Отделив плесень, он установил, что «бульон», на котором разрослась плесень, приобрел выраженную способность подавлять рост микроорганизмов, а также имел бактерицидные и бактериологические свойства.

Неряшливость Флеминга и сделанное им наблюдение явились двумя обстоятельствами в целом ряду случайностей, способствовавших открытию. Плесень, которой оказалась заражена культура, относилась к очень редкому виду. Вероятно, она была занесена из лаборатории, где выращивались образцы плесени, взятые из домов больных, страдающих бронхиальной астмой, с целью изготовления из них десенсибилизирующих экстрактов. Флеминг оставил ставшую впоследствии знаменитой чашку на лабораторном столе и уехал отдыхать. Наступившее в Лондоне похолодание создало благоприятные условия для роста плесени, а последовавшее затем потепление - для бактерий. Как выяснилось позднее, стечению именно этих обстоятельств было обязано знаменитое открытие.

Первоначальные исследования Флеминга дали ряд важных сведений о пенициллине. Он писал, что это «эффективная антибактериальная субстанция…, оказывающая выраженное действие на пиогенные кокки и палочки дифтерийной группы. .. Пенициллин даже в огромных дозах не токсичен для животных… Можно предположить, что он окажется эффективным антисептиком при наружной обработке участков, пораженных чувствительными к пенициллину микробами, или при его введении внутрь». Зная это, Флеминг не сделал тем не менее столь очевидного следующего шага, который 12 лет спустя был предпринят Хоуардом У. Флори и состоял в том, чтобы выяснить, будут ли спасены от летальной инфекции мыши, если лечить их инъекциями пенициллинового бульона. Флеминг назначил его нескольким пациентам для наружного применения. Однако результаты были противоречивыми. Раствор оказался нестабильным и с трудом поддавался очистке, если речь шла о больших его количествах.

Подобно Пастеровскому институту в Париже, отделение вакцинации в больнице Св. Марии, где работал Флеминг, существовало благодаря продаже вакцин. Флеминг обнаружил, что в процессе приготовления вакцин пенициллин помогает предохранить культуры от стафилококка. Это было техническое достижение, и ученый широко пользовался им, еженедельно отдавая распоряжения изготовлять большие партии бульона. Он делился образцами культуры пенициллина с коллегами в других лабораториях, но ни разу не упомянул о пенициллине ни в одной из 27 статей и лекций, опубликованных им в 1930-1940 годы, даже если речь шла о веществах, вызывав ющих гибель бактерий.

Таким образом, к моменту получения пенициллина в очищенном виде было известно пять антибиотических средств (микофеноловая кислота, пиоцианаза, актиномицетин, мицетин и тиротрицин). В последующем число антибиотиков быстро росло и к настоящему времени их описано почти 7000 (образуемых лишь микроорганизмами); при этом только около 160 используется в медицинской практике. С получением пенициллина как препарата (1940 год) возникло новое направление в науке – учение об антибиотиках, которое необычайно быстро развивается в последние десятилетия.

В 70-х годах ежегодно описывалось более 300 новых антибиотиков. В 1937 году Вельш описал первый антибиотик стрептомицетного происхождения актимицетин, в 1939 году Красильниковым и Кореняко был получен мицетин и Дюбо – тиротрицин. Впоследующем число антибиотиков росло очень быстрыми темпами.

Нобелевская премия по физиологии и медицине 1945 года была присуждена совместно Флемингу, Чейну и Флори «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях». В Нобелевской лекции Флеминг отметил, что «феноменальный успех пенициллина привел к интенсивному изучению антибактериальных свойств плесеней и других низших представителей растительного мира. Лишь немногие из них обладают такими свойствами».

В оставшиеся 10 лет жизни ученый был удостоен 25 почетных степеней, 26 медалей, 18 премий, 30 наград и почетного членства в 89 академиях наук и научных обществах.

Побочные действия

Однако антибиотики - это не только панацея от микробов, но и сильные яды. Ведя на уровне микромира между собой смертоносные войны, с их помощью одни микроорганизмы безжалостно расправляются с другими. Человек подметил это свойство антибиотиков и использовал его в своих целях - начал расправляться с микробами их же собственным оружием, создал на основе природных сотни еще более мощных синтетических препаратов. И все же предначертанное антибиотикам самой природой свойство убивать по-прежнему неотъемлемо от них.

Все антибиотики, без исключений, обладают побочными действиями! Это следует уже из самого названия таких веществ. Естественное природное свойство всех антибиотиков убивать микробы и микроорганизмы, к сожалению, невозможно направить на уничтожение только одного вида бактерий или микробов. Уничтожая вредные бактерии и микроорганизмы, любой антибиотик неминуемо оказывает такое же угнетающее воздействие и на все схожие с "врагом" полезные микроорганизмы, которые, как известно, принимают активное участие практически во всех процессах происходящих в нашем организме.

Народной медицине давно были известны некоторые способы применения в качестве лечебных средств микроорганизмов или продуктов их обмена, однако причина их лечебного действия в то время оставалась неизвестной. Например, для лечения некоторых язв, кишечных расстройств и других заболеваний в народной медицине применялся заплесневевший хлеб.

В 1871-1872 гг. появились работы русских исследователей В. А. Манассеина и А. Г. Полотебнова, в которых сообщалось о практическом использовании зеленой плесени для заживления кожных язв у человека. Первые сведения об антагонизме бактерий были обнародованы основоположником микробиологии Луи Пастером в 1877 г. Он обратил внимание на подавление развития возбудителя сибирской язвы некоторыми сапрофитными бактериями и высказал мысль о возможности практического использования этого явления.

С именем русского ученого И. И. Мечников а (1894) связано научно обоснованное практическое использование антагонизма между энтеробактериями, вызывающими кишечные расстройства, и молочнокислыми микроорганизмами, в частности болгарской палочкой («мечниковская простокваша»), для лечения кишечных заболеваний человека.

Русский врач Э. Гартье (1905) применил кисломолочные продукты, приготовленные на заквасках, содержащих ацидофильную палочку, для лечения кишечных расстройств.

История открытия антибиотиков

Как оказалось, ацидофильная палочка обладает более ярко выраженными антагонистическими свойствами по сравнению с болгарской палочкой.

В конце XIX - начале XX в. были открыты антагонистические свойства у спорообразующих бактерий. К этому же периоду относятся первые работы, в которых описываются антагонистические свойства у актиномицетов. Позднее из культуры почвенной спороносной палочки Bacillus brevis Р. Дюбо (1939) удалось выделить антибиотическое вещество, названное тиротрицином, которое представляло собой смесь двух антибиотиков - тироцидина и грамицидина. В 1942 г. советскими исследователями Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражниковой был выделен из подмосковных почв новый штамм Bacillus brevis, синтезирующий антибиотик грамицидин С, отличающийся от грамицидина Дюбо.

В 1939 г. Н. А. Красильников и А. И. Кореняко из культуры фиолетового актиномицета Actinomyces violaceus, выделенного ими из почвы, получили первый антибиотик актиномицетного происхождения - мицетин - и изучили условия биосинтеза и применения мицетина в клинике.

А. Флеминг, изучая стрептококков, выращивал их на питательной среде в чашках Петри. На одной из чашек вместе со стафилококками выросла колония плесневого гриба, вокруг которой стафилококки не развивались. Заинтересовавшись этим явлением, Флеминг выделил культуру гриба, определенную затем как Penicillium notatum. Выделить вещество, подавляющее рост стафилококков, удалось только в 1940 г. оксфордской группе исследователей. Полученный антибиотик был назван пенициллином.

С открытия пенициллина началась новая эра в лечении инфекционных болезней - эра применения антибиотиков. В короткий срок возникла и развилась новая отрасль промышленности, производящая антибиотики в крупных масштабах. Теперь вопросы микробного антагонизма приобрели важное практическое значение и работы по выявлению новых микроорганизмов - продуцентов антибиотиков стали носить целенаправленный характер.

В СССР получением пенициллина успешно занималась группа исследователей под руководством 3. В. Ермольевой. В 1942 г. был выработан отечественный препарат пенициллина. Ваксманом и Вудрафом из культуры Actinomyces antibioticus был выделен антибиотик актиномицин, который впоследствии стал использоваться как противораковое средство.

Первым антибиотиком актиномицетного происхождения, нашедшим широкое применение особенно при лечении туберкулеза, был стрептомицин, открытый в 1944 г. Ваксманом с сотрудниками. К противотуберкулезным антибиотикам относятся также открытые позже виомицин (флоримицин), циклосерин, канамицин, рифамицин.

В последующие годы интенсивные поиски новых соединений привели к открытию ряда других терапевтически ценных антибиотиков, нашедших широкое применение в медицине. К ним относятся препараты с широким спектром антимикробного действия. Они подавляют рост не только грамположительных бактерий, которые более чувствительны к действию антибиотиков (возбудители пневмонии, различных нагноений, сибирской язвы, столбняка, дифтерии, туберкулеза), но и грам отрицательных микроорганизмов, которые более устойчивы к действию антибиотиков (возбудители брюшного тифа, дизентерии, холеры, бруцеллеза, туляремии), а также риккетсий (возбудители сыпного тифа) и крупных вирусов (возбудители пситтакоза, лимфогранулематоза, трахомы и др.). К таким антибиотикам относятся хлорамфеникол (левомицетин), хлортетрациклин (биомицин), окситетрациклин (террамицин), тетрациклин, неомицин (колимицин, мицерин), канамицин, паромомицин (мономицин) и др. Кроме того, в распоряжении врачей в настоящее время имеется группа антибиотиков резерва, активных в отношении устойчивых к пенициллину грамположительных болезнетворных мик роорганизмов, а также противогрибные антибиотики (нистатин, гризеофульвин, амфотерицин В, леворин).

В настоящее время число известных антибиотиков приближается к 2000, однако в клинической практике используется всего около 50.

Антибиотик – это химическое вещество, которое производится одним организмом и разрушает другой. Название «антибиотик» произошло от слова «антибиоз» (с гр. «anti» — «против», «bios» — «жизнь») – термина, который в 1889 году ввел ученик Луи Пастера Пол Виллемин. Он означает процесс, посредством которого одна жизнь может быть использована для разрушения другой.

"Жизнь против жизни"

В широком понимании антибиотики – это общее название лекарственных средств, которые используют для борьбы с бактериальными заболеваниями. Они содержат вещества, которое вырабатывается некоторыми микробами. Антибиотики получают из растений, грибов, воды, почвы и даже воздуха. Попадая в организм, они атакуют и убивают инфекцию, но не повреждают здоровые клетки. Антибиотики используются для лечения различных опасных болезней, таких как туберкулез, сифилис, дифтерия и много других.

Люди используют антибиотики уже более 2500 лет. Конечно, раньше они имели несколько другой вид, нежели тот, к которому привык современный человек. Никаких таблеток и капсул – только то, что можно было достать в природе. К примеру, в качестве антибиотиков часто использовали плесень – она помогала вылечить сыпь, гнойные раны и кожные инфекции.

В конце 1800-х начался настоящий бум в сфере медицинских исследований. Главной причиной является изобретение инструмента, без которого сегодня не обходится ни одна лаборатория – микроскопа. Ученые впервые открыли для себя мир микроорганизмов, которых нельзя увидеть невооруженным глазом.

Луи Пастер обнаружил, что не все бактерии безвредны для человека. Он исследовал анализы множества больных пациентов и доказал существование болезнетворных бактерий. После него исследованием инфекций занялся Роберт Кох, который разработал метод выделения и размножения бактерий. С того момента ученые пытались разработать препараты, которые смогут убивать микробы, но все они оказывались либо опасными, либо неэффективными.

Открытие Александра Флеминга

Тысячи лет человечество безрезультатно боролось с эпидемиями смертоносных болезней. 90% детей умирали в младенческом возрасте от инфекций, которые сегодня можно вылечить за несколько дней. Еще двести лет назад не существовало эффективного лечения таких заболеваний, как пневмония, гонорея или ревматическая лихорадка.

Больницы были переполнены людьми с заражением крови, которое началось из-за банальной царапины или раны. Конечно, впоследствии все они умирали. Все изменилось только после изобретения антибиотика под названием пенициллин.

Антибиотики являются соединениями, продуцируемыми бактериями и грибами, которые способны убивать или ингибировать конкурирующие виды микроорганизмов. Это явление давно известно – еще древние египтяне применяли примочки с заплесневелого хлеба для инфицированных ран. Но пенициллин, первый настоящий антибиотик, был обнаружен только в 1928 году. Его открыл Александр Флеминг – профессор бактериологии в больнице Святой Марии в Лондоне.

Вернувшись из отпуска 3 сентября 1928 года, Флеминг начал сортировать чашки Петри, содержащие колонии стафилококковых бактерий, которые вызывают боль в горле, фурункулы и абсцессы. В одной из чашек он заметил что-то необычное. Она была усеяна колониями стафилококка, за исключением одной области. Крохотная зона, где находилась капля плесени, была абсолютно чистой от бактерий. Пространство вокруг плесени, которою позже назвали редким штаммом Penicillium notatum, было прозрачным. Казалось, что плесень выделяла нечто, препятствующее росту бактерий.

Флеминг обнаружил, что плесень способна убивать широкий спектр вредных бактерий, таких как стрептококк, менингококк и дифтерийная палочка. Затем он начал работать над новым заданием. Ученый поставил перед своими учениками Стюартом Крэддоком и Фредериком Ридли трудную задачу – они должны были выделить из плесени чистый пенициллин. Эксперимент до конца не удался – они смогли подготовить только растворы сырого материала.

Флеминг опубликовал свои результаты в «Британском журнале экспериментальной патологии» в июне 1929 года. В докладе он лишь слегка коснулся потенциальных терапевтических преимуществ пенициллина. На этом этапе было похоже, что главной целью его исследований будет поиск нечувствительных к пенициллину бактерий. Это, по крайней мере, имело практическое значение для бактериологов и сохраняло их интерес к пенициллину.

Другие ученые, в том числе Гарольд Райстрик, профессор биохимии Лондонской школы гигиены и тропической медицины, также пытались очистить пенициллин. Но все они потерпели неудачу.

Исследование пенициллина в Оксфордском университете

Говард Флори, Эрнст Чейн и их коллеги из школы патологии сэра Уильяма Данна в Оксфордском университете превратили пенициллин из лабораторного любопытства в жизненно важный препарат. Их работа по очистке пенициллина началась 1939 году. Из-за военных условий проводить исследования было особенно трудно. Для выполнения программы экспериментов на животных и клинических испытаний команде необходимо было обработать до 500 литров фильтрата плесени в неделю.

Они начали выращивать его в разнообразных емкостях, которые совсем не были похожи на сосуды для культивирования: ваннах, подносах, молочных бутылках и пищевых банках. Позже на их заказ был разработан специальный ферментационный сосуд. Ученые наняли команду «пенициллиновых девочек», которые следили за ферментацией. Фактически, лабораторию Оксфорда превратили в пенициллиновую фабрику.

Между тем, биохимик Норманн Хитли извлек пенициллин из огромных объемов фильтрата путем экстракции его в амилацетат, а затем обратно в воду с использованием противоточной системы. Эдвард Абрахам, другой биохимик, которого наняли для ускорения производства, задействовал недавно открытую методику хроматографии на колонке удаления примесей из пенициллина.

В 1940 году Говард Флори провел важные эксперименты, которые показали, что пенициллин может защитить мышей от инфицирования смертоносными стрептококками. Затем, 12 февраля 1941 года 43-летний полицейский Альберт Александер стал первым человеком, который испытал на себе оксфордский пенициллин. Он поцарапал губы во время обрезки роз, после чего развилась угрожающая жизни инфекция с огромными абсцессами, которые поразили глаза, лицо и легкие.

Через несколько дней после инъекции состояние пациента заметно улучшилось. Но запасы лекарств закончились, и через несколько дней он умер. Гораздо лучшие результаты последовали за другими пациентами, и вскоре возникли планы сделать пенициллин доступным для британских солдат, которые получали ранения на поле боя.

Производство пенициллина в США во время Второй мировой войны

Говард Флори признал, что крупномасштабное производство пенициллина невозможно осуществить в Британии, где химическая промышленность была полностью поглощена военными действиями. При поддержке фонда Рокфеллера Флори и его коллега Норман Хитли летом 1941 года отправились в Соединенные Штаты. Они планировали заинтересовать американскую фармацевтическую промышленность производством пенициллина в больших масштабах.

Йельский физиолог Джон Фултон связал своих британских коллег с людьми, которые могли бы помочь им в достижении этой цели. И вскоре она была достигнута – заняться производством решила Северная региональная исследовательская лаборатория Департамента (NRRL) в Пеории, штат Иллинойс.

Через несколько недель ученый Эндрю Мойер обнаружил, что можно значительно увеличить выход пенициллина, заменив лактозу, которые использовали оксфордские исследователи, сахарозой. Вскоре после этого он сделал еще более важное открытие – Мойер увидел, что добавление кукурузного раствора в среду для ферментации привело к десятикратному увеличению выхода.

Вскоре начался глобальный поиск лучших штаммов, которые продуцируют пенициллин. Образцы почв отправлялись в NRRL со всего мира. По иронии судьбы, наиболее подходящей оказалась заплесневевшая дыня с фруктового рынка Пеории. Более продуктивный мутант так называемого штамма канталупы был получен с использованием рентгеновских лучей в Институте Карнеги. Время шло, а применение пенициллина все еще ограничивалось клиническими испытаниями.

Стадии ферментации, восстановления, очистки и упаковки быстро уступили совместным усилиям ученых-химиков и инженеров, которые работали над экспериментальным производством пенициллина. 1 марта 1944 года компания Pfizer открыла первый коммерческий завод для крупномасштабного производства пенициллина в Бруклине, Нью-Йорк.

"Чудо-лекарство"

Тем временем клинические исследования в военном и гражданском секторах подтвердили терапевтические свойства пенициллина. Они показали, что препарат эффективен при лечении широкого спектра болезней, включая стрептококковые, стафилококковые и гонококковые инфекции. Армия США установила ценность пенициллина для лечения хирургических и раневых инфекций.

Клинические исследования также продемонстрировали его эффективность против сифилиса, и к 1944 году он стал основным средством лечения этой болезни в вооруженных силах Великобритании и Соединенных Штатов. Поскольку слухи относительно этого нового «чудо-лекарства» стала доходить до общественности, спрос на пенициллин увеличился. Но сначала поставки были ограничены, и приоритет отдавался военному использованию.

К счастью, с начала 1944 года производство пенициллина начало резко увеличиваться – с 21 до 1663 миллиардов единиц. А уже в 1945 году эта цифра составляла 6,8 триллионов. Американскому правительству удалось в конечном итоге снять все ограничения на доступность препарата, и состоянием на 15 марта 1945 года пенициллин стал доступен каждому потребителю – приобрести его можно было в ближайшей аптеке.

К 1949 году годовой объем производства пенициллина в Соединенных Штатах составлял 133,229 миллиарда единиц, а цена упала с 20 долларов (1943 год) до 10 центов.

На страже человечества

В настоящее время используется на фармацевтическом рынке доступно более 70 различных видов антибиотиков. Большинство из них используется для лечения инфекций, некоторые – для грибов и простейших. Сегодня они считаются полностью безопасным лекарством, конечно, при условии соблюдения дозировки.

Ученые постоянно работают над изобретением новых антибиотиков. Они испытывают тысячи природных растений и химических веществ. Это обусловлено тем, что инфекции вырабатывают иммунитет к устаревшим препаратам. С каждым годом они мутируют и совершенствуются, поэтому эффективное лечение значительно усложняется.

Антибиотики – великое изобретение, возможно, одно из лучших.

Они помогают людям выживать в борьбе с болезнями и инфекциями, которые в противном случае могли бы их убить. Антибиотики спасают жизни – что может быть полезней? Главное – использовать их с умом.

История открытия антибиотиков

Открытие антибиотиков, без преувеличения, можно назвать одним из величайших достижений медицины прошлого века. Первооткрывателем антибиотиков является английский ученый Флеминг, который в 1929 году описал бактерицидное действие колоний грибка Пенициллина на колонии бактерий, разраставшихся по соседству с грибком. Как и многие другие великие открытия в медицине, открытие антибиотиков было сделано случайно. Оказывается, ученый Флеминг не очень любил чистоту, и потому нередко пробирки на полках в его лаборатории зарастали плесенью. Однажды после недолгого отсутствия Флеминг заметил, что разросшаяся колония плесневого грибка пенициллина полностью подавила рост соседней колонии бактерий (обе колонии росли в одной пробирке). Здесь нужно отдать должное гениальности великого ученого сумевшего заметить этот замечательный факт, который послужил основой предположения того, что грибы победили бактерий при помощи специального вещества безвредного для них самих и смертоносного для бактерий. Это вещество и есть природный антибиотик - химическое оружие микромира. Действительно, выработка антибиотиков является одним из наиболее совершенных методов соперничества между микроорганизмами в природе. В чистом виде вещество, о существовании, которого догадался Флеминг, было получено во время второй мировой войны. Это вещество получило название пенициллин (от названия вида грибка, из колоний которого был получен этот антибиотик). Во время войны это чудесное лекарство спасло тысячи больных обреченных на смерть от гнойных осложнений. Но это было лишь начало эры антибиотиков. После войны исследования в этой области продолжились, и последователи Флеминга открыли множество веществ со свойствами пенициллина. Оказалось, что кроме грибков вещества и подобными свойствами вырабатываются и некоторыми бактериями, растениями, животными. Параллельные исследования в области микробиологии, биохимии и фармакологии, наконец, привели к изобретению целого ряда антибиотиков пригодных для лечения самых разнообразных инфекций вызванных бактериями. При этом оказалось, что некоторые антибиотики могут быть использованы для лечения грибковых инфекций или для разрушения злокачественных опухолей. Термин «антибиотик» происходит от греческих слов anti, что означает против и bios - жизнь, и буквально переводится, как «лекарство против жизни». Несмотря на это антибиотики спасают, и будут спасать миллионы жизней людей.

Основные группы известных на сегодняшний день антибиотиков

Бета-лактамные антибиотики.Группа бета-лактамных антибиотиков включает две большие подгруппы известнейших антибиотиков: пенициллины и цефалоспорины, имеющих схожую химическую структуру.Группа пенициллинов. Пенициллины получаются из колоний плесневого грибка Penicillium, откуда и происходит название этой группы антибиотиков. Основное действие пенициллинов, связано с их способностью угнетать образование клеточной стенки бактерий и тем самым подавлять их рост и размножение. В период активного размножения многие виды бактерий очень чувствительны по отношению к пенициллину и потому действие пенициллинов бактерицидное.

Важным и полезным свойством пенициллинов является их способность проникать внутрь клеток нашего организма. Это свойство пенициллинов позволяет лечить инфекционные болезни, возбудитель которых «прячется» внутри клеток нашего организма (например, гонорея). Антибиотики из группы пенициллина обладают повышенной избирательностью и потому практически не влияют на организм человека, принимающего лечение. К недостаткам пенициллинов можно отнести их быстрое выведение из организма и развитие резистентности бактерий по отношению к этому классу антибиотиков. Биосинтетические пенициллины получают напрямую из колоний плесневых грибков. Наиболее известными биосинтетическими пенициллинами являются бензилпенициллин и феноксиметилпенициллин. Эти антибиотики используют для лечения ангины, скарлатины, пневмонии, раневых инфекций, гонореи, сифилиса.

Полусинтетические пенициллины получаются на основе биосинтетических пенициллинов путей присоединения различных химических групп. На данный момент существует большое количество полусинтетический пенициллинов: амоксициллин, ампициллин, карбенициллин, азлоциллин. Важным преимуществом некоторых антибиотиков из группы полусинтетических пенициллинов является их активность по отношению к пенициллинустойстойчивым бактериям (бактерии, разрушающие биосинтетические пенициллины). Благодаря этому полусинтетические пенициллины обладают более широким спектром действия и потому могут использоваться в лечении самых разнообразных бактериальных инфекций. Основные побочные реакции, связанные с применением пенициллинов носят аллергический характер и иногда являются причиной отказа от использования этих препаратов.

Группа цефалоспоринов. Цефалоспорины также относятся к группе бета-лактамных антибиотиков и обладают структурой, схожей со структурой пенициллинов. По этой причине некоторые побочные эффекты их двух групп антибиотиков совпадают.

Цефалоспорины обладают высокой активностью по отношению к широкому спектру различных микробов и потому используются в лечении многих инфекционных болезней. Важным преимуществом антибиотиков из группы цефалоспоринов является их активность по отношению к микробам устойчивым к действию пенициллинов (пенициллиноустойчивые бактерий). Существует несколько поколений цефалоспоринов.

Много веков назад было замечено, что зеленая плесень помогает в лечении тяжелых гнойных ран. Но в те далекие времена не знали ни о микробах, ни об антибиотиках. Первое научное описание лечебного действия зеленой плесени сделали в 70-х годах 19 века русские ученые В.А.Манассеин и А.Г. Полотебнов. После этого на несколько десятилетий о зеленой плесени забыли, и только в 1929 году она стала настоящей сенсацией, перевернувшей научный мир. Феноменальные качества этого неприятного живого организма изучил профессор микробиологии Лондонского университета Александр Флеминг.

Опыты Флеминга показали, что зеленая плесень вырабатывает особое вещество, обладающее антибактериальными свойствами и подавляющее рост многих болезнетворных микроорганизмов. Это вещество ученый назвал пенициллином, по научному названию вырабатывающих его плесневых грибов. В ходе дальнейших исследований Флеминг выяснил, что пенициллин губительно действует на микробы, но вместе с тем не оказывает отрицательного действия на лейкоциты, принимающие активное участие в борьбе с инфекцией, и другие клетки организма. Но Флемингу не удалось выделить чистую культуру пенициллина для производства лекарственных препаратов.

Учение об антибиотиках - молодая синтетическая ветвь современного естествознания. Впервые в 1940 году был получен в кристаллическом виде химиотерапевтический препарат микробного происхождения – пенициллин - антибиотик, открывший летоисчисление эры антибиотиков.

Многие учёные мечтали о создании таких препаратов, которые можно было бы использовать при лечении различных заболеваний человека, о препаратах, способных убивать патогенных бактерий, не оказывая вредного действия на организм больного.

Пауль Эрлих (1854-1915) в результате многочисленных опытов синтезировал в 1912 году мышьяковистый препарат - сальварсан, убивающий in vitro возбудителя сифилиса. В 30-х годах прошлого столетия в результате химического синтеза были получены новые органические соединения – сульфамиды, среди которых красный стрептоцид (пронтозил) был первым эффективным препаратом, оказавшим терапевтическое действие при тяжёлых стрептококковых инфекциях.

Он долгое время пребывал в гордом одиночестве, если не считать используемого индейцами Южной и Центральной Америки для лечения малярии хинина - алкалоида хинного дерева. Только спустя четверть века были открыты сульфаниламидные препараты, а в 1940 году Александр Флеминг выделил в чистом виде пенициллин.

В 1937 году в нашей стране был синтезирован сульфидин – соединение, близкое к пронтозилу. Открытие сульфамидных препаратов и применение их в медицинской практике составило известную эпоху в химиотерапии многих инфекционных заболеваний, в том числе сепсиса, менингита, пневмонии, рожистого воспаления, гонореи и некоторых других.

Луи Пастер и С. Джеберт в 1877 году сообщили, что аэробные бактерии подавляют рост Bacillus anthracis.

В конце XIX века В. А. Манассеин (1841-1901) и А. Г. Полотебнов (1838-1908) показали, что грибы из рода Penicillium способны задерживать в условиях in vivo развитие возбудителей ряда кожных заболеваний человека.

И. И. Мечников (1845 - 1916) ещё в 1894 году обратил внимание на возможность использования некоторых сапрофитных бактерий в борьбе с патогенными микроорганизмами.

В 1896 году Р. Гозио из культурной жидкости Penicillium brevicompactum выделил кристаллическое соединение - микофеноловую кислоту, подавляющее рост бактерий сибирской язвы.

Эммирих и Лоу в 1899 году сообщили об антибиотическом веществе, образуемом Pseudomonas pyocyanea, они назвали его пиоцианазой; препарат использовался в качестве лечебного фактора как местный антисептик.

В 1910-1913 годах O. Black и U. Alsberg выделили из гриба рода Penicillium пеницилловую кислоту, обладающую антимикробными свойствами.

В 1929 году А. Флемингом был открыт новый препарат пенициллин , который только в 1940 году удалось выделить в кристаллическом виде.

Открытие Флеминга

В 1922 году после неудачных попыток выделить возбудителя простудных заболеваний Флеминг чисто случайно открыл лизоцим (название придумал профессор Райт) - фермент, убивающий некоторые бактерии и не причиняющий вреда здоровым тканям. К сожалению, перспективы медицинского использования лизоцима оказались довольно ограниченными, поскольку он был достаточно эффективным средством против бактерий, не являющихся возбудителями заболеваний, и совершенно неэффективным против болезнетворных организмов. Это открытие побудило Флеминга заняться поисками других антибактериальных препаратов, которые были бы безвредны для организма человека.

Следующая счастливая случайность - открытие Флемингом пенициллина в 1928 году - явилась результатом стечения ряда обстоятельств, столь невероятных, что в них почти невозможно поверить. В отличие от своих аккуратных коллег, очищавших чашки с бактериальными культурами после окончания работы с ними, Флеминг не выбрасывал культуры по 2-3 недели, пока его лабораторный стол не оказывался загроможденным 40-50 чашками. Тогда он принимался за уборку, просматривал культуры одну за другой, чтобы не пропустить что-нибудь интересное. В одной из чашек он обнаружил плесень, которая, к его удивлению, угнетала высеянную культуру бактерии. Отделив плесень, он установил, что «бульон», на котором разрослась плесень, приобрел выраженную способность подавлять рост микроорганизмов, а также имел бактерицидные и бактериологические свойства.

Неряшливость Флеминга и сделанное им наблюдение явились двумя обстоятельствами в целом ряду случайностей, способствовавших открытию. Плесень, которой оказалась заражена культура, относилась к очень редкому виду. Вероятно, она была занесена из лаборатории, где выращивались образцы плесени, взятые из домов больных, страдающих бронхиальной астмой, с целью изготовления из них десенсибилизирующих экстрактов. Флеминг оставил ставшую впоследствии знаменитой чашку на лабораторном столе и уехал отдыхать. Наступившее в Лондоне похолодание создало благоприятные условия для роста плесени, а последовавшее затем потепление - для бактерий. Как выяснилось позднее, стечению именно этих обстоятельств было обязано знаменитое открытие.

Первоначальные исследования Флеминга дали ряд важных сведений о пенициллине. Он писал, что это «эффективная антибактериальная субстанция..., оказывающая выраженное действие на пиогенные кокки и палочки дифтерийной группы. .. Пенициллин даже в огромных дозах не токсичен для животных... Можно предположить, что он окажется эффективным антисептиком при наружной обработке участков, пораженных чувствительными к пенициллину микробами, или при его введении внутрь». Зная это, Флеминг не сделал тем не менее столь очевидного следующего шага, который 12 лет спустя был предпринят Хоуардом У. Флори и состоял в том, чтобы выяснить, будут ли спасены от летальной инфекции мыши, если лечить их инъекциями пенициллинового бульона. Флеминг назначил его нескольким пациентам для наружного применения. Однако результаты были противоречивыми. Раствор оказался нестабильным и с трудом поддавался очистке, если речь шла о больших его количествах.

Подобно Пастеровскому институту в Париже, отделение вакцинации в больнице Св. Марии, где работал Флеминг, существовало благодаря продаже вакцин. Флеминг обнаружил, что в процессе приготовления вакцин пенициллин помогает предохранить культуры от стафилококка. Это было техническое достижение, и ученый широко пользовался им, еженедельно отдавая распоряжения изготовлять большие партии бульона. Он делился образцами культуры пенициллина с коллегами в других лабораториях, но ни разу не упомянул о пенициллине ни в одной из 27 статей и лекций, опубликованных им в 1930-1940 годы, даже если речь шла о веществах, вызывав ющих гибель бактерий.

Таким образом, к моменту получения пенициллина в очищенном виде было известно пять антибиотических средств (микофеноловая кислота, пиоцианаза, актиномицетин, мицетин и тиротрицин). В последующем число антибиотиков быстро росло и к настоящему времени их описано почти 7000 (образуемых лишь микроорганизмами); при этом только около 160 используется в медицинской практике. С получением пенициллина как препарата (1940 год) возникло новое направление в науке – учение об антибиотиках, которое необычайно быстро развивается в последние десятилетия.

В 70-х годах ежегодно описывалось более 300 новых антибиотиков. В 1937 году Вельш описал первый антибиотик стрептомицетного происхождения актимицетин, в 1939 году Красильниковым и Кореняко был получен мицетин и Дюбо – тиротрицин. Впоследующем число антибиотиков росло очень быстрыми темпами.

Нобелевская премия по физиологии и медицине 1945 года была присуждена совместно Флемингу, Чейну и Флори «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях». В Нобелевской лекции Флеминг отметил, что «феноменальный успех пенициллина привел к интенсивному изучению антибактериальных свойств плесеней и других низших представителей растительного мира. Лишь немногие из них обладают такими свойствами».

В оставшиеся 10 лет жизни ученый был удостоен 25 почетных степеней, 26 медалей, 18 премий, 30 наград и почетного членства в 89 академиях наук и научных обществах.

Побочные действия

Однако антибиотики - это не только панацея от микробов, но и сильные яды. Ведя на уровне микромира между собой смертоносные войны, с их помощью одни микроорганизмы безжалостно расправляются с другими. Человек подметил это свойство антибиотиков и использовал его в своих целях - начал расправляться с микробами их же собственным оружием, создал на основе природных сотни еще более мощных синтетических препаратов. И все же предначертанное антибиотикам самой природой свойство убивать по-прежнему неотъемлемо от них.

Все антибиотики, без исключений, обладают побочными действиями! Это следует уже из самого названия таких веществ. Естественное природное свойство всех антибиотиков убивать микробы и микроорганизмы, к сожалению, невозможно направить на уничтожение только одного вида бактерий или микробов. Уничтожая вредные бактерии и микроорганизмы, любой антибиотик неминуемо оказывает такое же угнетающее воздействие и на все схожие с "врагом" полезные микроорганизмы, которые, как известно, принимают активное участие практически во всех процессах происходящих в нашем организме.