Біологічне значення антибіотиків

Утворення антибіотичних речовин – одна з форм мікробного антагонізму. Це важливе явище для існування мікроорганізмів в природних умовах.

Антагоністичні взаємовідносини є однією з різноманітних форм взаємовідносин мікроорганізмів, що знаходяться в природних умовах. Вони характеризуються тим, що один з видів мікробів тим чи іншим шляхом затримує ріст інших мікроорганізмів.

Антагонізм широко розповсюджений серед різних груп мікроорганізмів. В залежності від причини, що зумовила прояв антагоністичних властивостей мікроорганізмом, всі відомі форми антагонізму можна розділити на дві групи: пасивний і активний антагонізм.

Пасивний антагонізм полягає в тому, що пригнічення росту одного виду мікроорганізмів іншим може відбуватися лише за певних, іноді дуже обмежених, умов розвитку цих організмів. Такі умови зазвичай спостерігаються у разі лабораторного культивування мікроорганізмів. У природніх умовах росту подібного проявлення антагонізму, як правило, не відбувається. Прикладом пасивного антагонізму є конкуренція за поживні речовини, при сумісному розвитку різних видів.

За активного антагонізму пригнічення росту чи повне припинення життєдіяльності одного виду мікробів іншим відбувається в результаті збагачення середовища продуктами обміну, що виділяються організмами при розвитку. При певних концентраціях таких продуктів метаболізму організми, що їх продукують, можуть вільно розвиватися. До активного антагонізму належить:

1. утворення мікробами органічних кислот, спиртів чи інших продуктів обміну в результаті використання окремих компонентів субстрату;

2. утворення та виділення в середовище антибіотичних речовин.

Найбільш суттєвою формою антагонізму є утворення специфічних продуктів обміну, що пригнічують розвиток інших видів.

Явище антагонізму може бути використано в практиці охорони здоров’я і сільського господарства. Живі мікроби антагоністи використовують для боротьби з дисбактеріозами, для терапії і профілактики різних інфекційних захворювань.

Необхідно також зазначити, що функції антибіотиків відрізняються в залежності від того, де вони накопичуються: внутрі мікробної клітини чи назовні. Очевидно, що значення антибіотиків у таких випадках для їхніх продуцентів неоднакове. Антибіотики, які накопичуються всередині клітини, є більш суттєві для фізіології їхнього продуценту, ніж ті, що екскретуються назовні. В одних випадках антибіотики є захисним фактором, в інших – беруть участь в морфогенезі (утворенні спор), або є регуляторами ензиматичних реакцій. Наприклад, антибіотик граміцидин, що майже повністю накопичується всередині клітин, бере участь у процесах відтворення виду. При формуванні спор він переходить у них з вегетативних клітин. В процесі проростання спор під впливом особливого ферменту граміцидинази він розкладається до амінокислот, які використовуються новими клітинами для синтезу білка. Бацитрацин бере участь у транспортуванні Mn⁺² та, можливо, Co⁺² в клітинах. Зважаючи на це, можна стверджувати, що біологічна роль антибіотиків не вичерпується їхньою участю в явищах антагонізму, а є набагато ширшою.

 

Сфери застосування антибіотиків

Антибіотики найдзвичайно різноманітна та багаточисельна група сполук, яка знайшла своє застосування в багатьох галузях. Основними галузями застосування антибіотиків є:

1) медицина – лікування інфекційних хвороб, які були невиліковними (туберкульоз, чума, бруцельоз, пневмонії, септичні процеси), лікування певних форм злоякісних пухлин;

Вимоги до антибіотичних речовин, що використовуються в медичній практиці.

1. Відсутність або низький рівень токсичності препарату та продуктів його розпаду в організмі.

2. Висока лікувальна ефективність при мінімальних концентраціях (10 – 30 мкг/мл).

3 Повільний розвиток резистентності в процесі прийому препарату.

4. Добра розчинність у воді. Стабільність за звичайних умов зберігання.

5. Збереження антимікробної дії в різних фізіологічних рідинах та тканинах організму.

6. Антибіотик не повинен пригнічувати імунні реакції організму.

7. Доступність та дешевизна для споживача.

2) сільське господарство – як лікувальні препарати у тваринництві, птахівництві, бджільництві, рослинництві, деякі антибіотики є стимуляторами росту тварин.

Антибіотики для кормових цілей використовуються у рецептурі преміксів у вигляді неочищених препаратів – це суха біомаса продуцента, яка містить різні амінокислоти, ферменти, вітаміни. До сільськогосподарських антибіотиків належить, наприклад, хлортетрациклін, або біоліт, бацитрацин і гризин. Боротьба з фітопатогенними мікроорганізмами полягає у використанні таких антибіотиків як тетрациклін, гризеофульвін. Основна вимога до цих препаратів: вони не повинні використовуватись у медичних цілях.

3) в консервній промисловості – для знищення клостридіальних та термофільних бактерій, стійких до стерилізації. В харчовій промисловості використовують нізин, який знищує термофільні бактерії, що дає змогу уникнути термообробки при консервуванні.

4) діагностичні цілі – оскільки деякі з антибіотиків характеризуються виключною специфічністю, їх можна використати для ідентифікації мікроорганізмів.

5) наукові дослідження – як специфічні інгібітори певних етапів метаболізму антибіотики використовують для вивчення окремих етапів метаболізму.

 

Класифікація антибіотиків

Класифікація антибіотиків за біологічним походженням.

1. Антибіотики, що утворюються мікроорганізмами, які належать до еубактерій:

а) ті, що утворюються представниками роду Pseudomonas – віскозин, піоцианін;

б) ті, що утворюються представниками родів Micrococcus, Streptococcus, Escherichia, Proteus, Lactococcus, Lactobacillus – низін, коліформін;

в) ті, що утворюються представниками роду Brevi і Bacillus – граміцидин, поліміксин, субтилін.

2. Антибіотики, які утворюються мікроорганізмами, що належать до порядку Actinomycetales:

а) ті, що утворюються представниками роду Streptomyces – стрептоміцин, тетрациклін, актиноміцин;

б) ті, що утворюються представниками роду Saccharopolyspora – еритроміцин;

в) ті, що утворюються представниками роду Nocardia – ріфампіцин;

г) ті, що утворюються представниками роду Actinomadura – карміноміцин;

д) ті, що утворюються представниками роду Micromonospora – гентаміцин, фортиміцин.

3. Антибіотики, які утворюються ціанобактеріями – малінголід.

4. Антибіотики, які утворюються недосконалими грибами (мікроміцетами): представники роду Penicilium – пеніцилін, гризеофульвін; Trichotecium roseum – трихотецин; Acremonium chrysogenum – цефалоспорин.

5. Антибіотики, які утворюються базидіо- та аскоміцетами – хетомін, термофіллін.

6. Антибіотики, які утворюються лишайниками, водоростями і нижчими рослинами: уснінова кислота (лишайник Usnea florida).

7. Антибіотики, які утворюються вищими рослинами – алліцин, госсипол, фазеолін.

8. Антибіотики тваринного походження – лізоцим, екмолін, інтерферон (за класифікацією Егоров, 2004).

Класифікація антибіотиків за спектром біологічної дії.

1. Протибактеріальні антибіотики вузького спектру дії, переважно активні до грампозитивних мікроорганізмів:

1.1. група пеніциліна і цефалоспорина.

1.1.1. біосинтетичні пеніциліни – бензилпеніцилін та його калієва, натрієва і новокаїнова солі;

1.1.2. напівсинтетичні пеніциліни – кислотостійкі, неактивні по відношенню до пеніциліназоутворюючих стафілококів – пропіцилін, оксицилін;

1.1.3. напівсинтетичні цефалоспорини – лінкоміцин, новобіоцин;

1.1.4. еритроміцин, олеандоміцин – макроліди.

2. Протибактеріальні антибіотики широкого спектру дії:

2.1. тетрацикліни біосинтетичні – хлортетрациклін, окситетрациклін, тетрациклін і похідні – диметилхлортетрациклін і диметилтетрациклін;

2.2. напівсинтетичні тетрацикліни – метациклін, доксициклін;

2.3. хлорамфенікол (левоміцетин);

2.4. аміноглікозиди – стрептоміцин, неоміцин, гентаміцин;

2.5. поліміксини;

2.6. граміцидини;

2.7. напівсинтетичні пеніциліни – ампіцилін, карбеніцилін.

3. Протитуберкульозні антибіотики – стрептоміцин, канаміцин, циклосерин.

4. Протигрибкові антибіотики – ністатин, гризеофульвін, трихотецин.

5. Протипухлинні антибіотики – для клінічного використання на сьогодні допущено лише декілька антибіотиків: з групи антрациклінів – доксорубіцин (адріанаміцин), акларубіцин і рубоміцин (даунорубіцин); з групи актиноміцинів – актиноміцини С і Д; з групи ауреолової кислоти – олівоміцин; з групи стрептонігрина – брунеоміцин.

6. Протиамебні антибіотики – фумагілін.

7. Противірусні препарати – до цієї групи передусім належать інтерферони. Вони є активними проти ДНК- та РНК- вмісних вірусів. Інших антибіотиків з широкою противірусною активністю поки що не знайдено. Однак синтезовано різні хімічні сполуки, що характеризуються противірусною активністю. Наприклад, амантадин і ремантадин пригнічують розмноження вірусу грипу; ацикловір і ганцикловір – вірусів герпесу; азидотімідин – вірусу СНІДу.

Класифікація за механізмом біологічної дії.

1. Антибіотики, які інгібують синтез клітинної стінки (пеніциліни, цефалоспорини, бацитрацини).

2. Антибіотики, що порушують функції мембран (валіміцин, граміцидин, ністатін).

3. Антибіотики, які вибірково пригнічують синтез і обмін нуклеїнових кислот.

3.1. Антибіотики, які пригнічують синтез РНК (актиноміцин, гризеофульвін, канаміцин).

3.2. Антибіотики, які пригнічують синтез ДНК (мітоміцини, саркоміцин, новобіоцин).

4. Антибіотики, що пригнічують синтез пуринів та піримідинів (азосерин).

5. Антибіотики, що пригнічують синтез білка (бацитрацини, тетрацикліни, хлорамфенікол, ерітроміцин).

6. Антибіотики, що інгібують процеси дихання (олігоміцини, уснінова кислота).

7. Антибіотики, що інгібують окислювальне фосфорилювання (валіноміцини, граміцидини).

8. Антибіотики, що мають антиметаболітні властивості (D-циклосерини, ацидоміцин).

9. Антибіотики – іммуномодулятори (циклоспорини, рубоміцин).

Класифікація антибіотиків за хімічною структурою.

1. Ациклічні

В залежності від будови в цю групу входять такі основні групи: жирні кислоти, ацетилени, полієни, сірко- та азотовмісні сполуки. Характерною особливістю полієнових антибіотиків є наявність системи, що містить від трьох до восьми спряжених подвійних зв’язків. Багато антибіотиків цієї групи містять аміносахар, окремі речовини в структурі мають іншу азотмісну структуру – ароматичні кетони.

2. Аліциклічні

Ця група антибіотиків включає похідні циклопентана (саркоміцин), циклогексана та циклогептана.

Саркоміцин

 

3. Тетрацикліни

Сполуки, близькі за своєю будовою, в основі яких є тетрациклін.

 

Тетрациклін

 

4. Хінони

Це бензохінони, нафтохінони, антрахінони.

 

Дауноміцин

 

5. Ароматичні

Похідні бензола, ароматичні небензольні сполуки.

Хлорамфенікол

Гризеофульвін

 

6. Кисеньвмісні гетероциклічні сполуки.

 

пеніцилова кислота

 

7. Олігоміцини

Сполуки, що мають дієнову систему.

8. Макроліди

Містять макроциклічне лактонне кільце, пов’язане з одним або декількома вуглеводними залишками – аміноcахарами.

9.Аміноглікозидні.

Стрептоміцин

 

10. Азотмісні гетероциклічні сполуки.

Містять складні кільчасті структури.

11. Поліпептиди.

Найбільш розповсюджені циклопептиди, що складаються з залишків L- та D-амінокислот.

12. Депсипептиди.

Складаються з залишків амінокислот, з’єднаних складноефірним зв’язком.

13. Актиноміцини.

Належать антибіотики, що мають феноксазинову хромофорну групу та різні депсипептидні ланцюги.

14. Стрептотрицини.

Відрізняються циклічною структурою та різним вмістом амінокислотних залишків.

15. Металвмісні сполуки.

Містять залізо та мідь.

Класифікація антибіотиків як лікарських препаратів.

Лікарські препарати з антибіотиками класифікуються відповідно системі ATC (Anatomical Therapeutic Chemical (АТС) classification system), яка прийнята ВОЗ в якості міжнародного стандарту методології для здійснення статистичних досліджень в галузі використанння лікарських засобів в різних країнах. Вона розроблена ВОЗ у 1969 р.

У системі АТС лікарські засоби, в тому числі антибіотики, класифікуються у відповідності до їхнього терапевтичного використання. Для кожної готової лікарської форми визначено лише один код АТС. Лікарський препарат може мати і більше ніж один код, якщо він містить різні дози активної речовини або представлений в декількох лікарських формах, показання до застосування яких різні.

За АТС всі лікарські препарати класифікують на групи, що мають 5 різноманітних рівней:

1) складається з 14 базових анатомічних груп, вони позначаються однією латинською літерою – від А до V, яка в коді стоїть першою. Наприклад, літерою „В” позначають препарати, засоби, що впливають на систему крові; літерою „V” – різноманітні алергени.

2) це групи, які розподіляються за основним терапевтичним застосуванням і позначається двома арабськими цифрами, починаючи з „01”. В коді знаходиться після латинської літери. Наприклад, В 03 – антианемічні засоби.

3) уточнення коду, ведеться латинською літерою. Наприклад, В 03 А – це препарати заліза.

4) ще більше уточнення, латинська літера. Наприклад, В 03 АА – це препарати двовалентного заліза.

5) це група за хімічною структурою, визначається двома цифрами. Наприклад, В 03 АА 07 – сульфат заліза.

6) Для кожної готової лікарської форми визначениц тільки один код АТС, наприклад, протигрибкові препарати місцевого застосування – D01AA, гризеофульвін (ЗАТ НВЦ “Борщагівський ХФЗ”) – Griseofubrum – D01AA08, поліміксин (ВАТ “Київ медпрепарат”) – D01AA09.

Лінімент синтоміцину – Chloramfenicol – D 06 AX 02,

Ампіцилін – Ampicillinum – J 01 CA 01