7.1. Классификация антибиотиков

Сложилось несколько подходов к классификации антибиотиков: по принципу биологического происхождения (предпочтительна для биологов, изучающих организмы-продуценты антибиотиче­ских веществ);

по химическому строению (удобна для химиков, занимающихся изучением строения молекул антибиотиков и путей из синтеза); по типу и механизму биологического действия (принята в меди­цинской практике).

Тип действия антибиотиков бывает цидным (бактерицидным, фун-гицидным, вирицидным, протозоацидным), под ним понимают необра­тимое нарушение жизнедеятельности (гибель) инфекционного агента, и статическим (бактериостатическим, фунгистатическим, виристатиче-ским, протозоостатическим), при котором прекращается или приоста­навливается размножение возбудителя. Такая градация имеет основное практическое значение при лечении тяжелых инфекций, особенно у па­циентов с нарушениями иммунитета, когда обязательно назначение «цидных» препаратов.

Связь антимикробного препарата с точками приложения в микроб­ной клетке может быть прочной или непрочной, что, в той или иной мере, определяет степень активности данного препарата. Антибиотики должны обладать высокой избирательной токсичностью, т.е. они долж­ны быть активны по отношению к микробным клеткам и безвредны для клеток больного организма. Подобная избирательная токсичность мо­жет быть реализована лишь в том случае, если активные биохимические системы микробных клеток - мишени антибиотиков - отличны от по­добных систем клеток макроорганизма. Селективная токсичность мо­жет носить пограничный характер, когда отличия в биохимических структурах клеток организма человека и бактерии заключаются в раз­личном положении фосфолипидов в цитоплазматической мембране. Проблема селективности антибиотиков сложнее по причине того, что для репликации вирусы используют ферменты клеток хозяина.

В зависимости от точки приложения и механизма биологического действия антибиотики делят на:

I. Специфические ингибиторы биосинтеза клеточной стенки (пе-нициллины, цефалоспорины и цефамицины, ванкомицин, рис-томицин, циклосерин, бацитрацин, тиенамицины и др.)

II. Препараты, нарушающие молекулярную организацию и функ­ции клеточных мембран (полимиксины, полиены).

III.Препараты, подавляющие синтез белка на уровне рибосом (макролиды, линкомицины, аминогликозиды, тетрациклины, левомицетин, фузидин).

IV. Ингибиторы синтеза РНК на уровне РНК-полимеразы и инги­биторы, действующие на метаболизм фолиевой кислоты (ри-фампицины).

V. Ингибиторы синтеза РНК на уровне ДНК-матрицы (актиноми-цины, антибиотики группы ауреоловой кислоты).

VI. Ингибиторы синтеза ДНК на уровне ДНК-матрицы (митомицин С, антрациклины, нитрофураны, налидиксовая кислота).

При выделенном возбудителе назначают антибиотики с максималь­но узким спектром активности, так как «избыточная» широта спектра не дает преимуществ и опасна с точки зрения подавления нормальной микрофлоры.

Общая стратегия рекомбинантных микроорганизмов, способных синтезировать антибиотики, состоит во введении в организм хозяина специфических генов, клонированных в подходящем векторе, которые кодируют один или несколько ферментов, катализирующих не свойст­венные микроорганизму метаболические реакции, или генов, влияющих на осуществляемый им в норме биосинтез определенных соединений.

При создании рекомбинантных штаммов Streptomyces - основного микроорганизма, используемого для получения антибиотиков, важно, чтобы трансформация и отбор трансформированных клеток не должны быть слишком сложны. В отличие от Е. coli, Streptomyces существуют не в виде изолированных клеток, а в виде протяженных мицелл, поэто­му перед трансформацией необходимо ферментативное разрушение клеточной стенки мицелл и высвобождение отдельных протопластов. Без этого невозможно отличить трансформированные клетки от не-трансформированных, поскольку видимые колонии на твердой среде будут образовываться из группы клеток, а не из индивидуальной клет­ки. Соответственно колонии, растущие в присутствии селективного ан­тибиотика, будут представлять собой смесь трансформированных и нетрансформированных клеток. Проникновение плазмидной ДНК в про­топласты Streptomyces облегчается в присутствии ПЭГ. После транс­формации протопласты высевают на твердую среду, чтобы образова-' лась клеточная стенка, а затем для отбора трансформированных клеток переносят на селективную среду, обычно содержащую неомицин, где образуется колония, выросшая из трансформированных клеток, способ­ных синтезировать антибиотик.

С помощью генетических или биохимических экспериментов мож­но идентифицировать, затем выделить один или несколько ключевых ферментов биосинтеза антибиотиков, определить их N-концевые ами­нокислотные последовательности и, исходя из этих данных, синтезиро­вать олигонуклеотидные комплементарные последовательности.