Краткая характеристика класса антибиотиков.

Антибиотики – это вещества, продуцируемые микроорганизмами или получаемые из других природных источников, обладающие антибактериальным действием. Они вмешиваются в обмен белков, нуклеиновых кислот и в энергетические процессы поражения организмов и клеток, избирательно воздействуя на определенные межмолекулярные механизмы. Химическая природа антибиотиков разнообразна и сложна, среди них есть пептиды, полиеновые соединения, полициклические вещества и т.п.

Антибиотики по направлению действия классифицируются на следующие группы:

1. антибактериальные;

2. противогрибковые;

3. антипротозойные;

4. противовирусные;

5. противоопухолевые.

Также выделяют следующие направления антимикробного действия антибиотиков:

1. бактерицидное (фунгицидное) действие – вызывающее гибель бактерий и грибов;

2. бактериостатическое (фунгиостатическое) действие – вызывающее задержку роста и развития бактерий и грибов.

Некоторые из антибиотиков взаимодействуют с рибосомами бактерий, тормозя биосинтез белка в бактериальных клетках и в то же время практически не взаимодействуют с эукариотическими рибосомами. Поэтому они избирательны для бактериальных клеток и малотоксичны для человека и животных (стрептомицин, тетрациклин и т.п.). Один из самых эффективных противотуберкулезных препаратов – антибиотик рифампицин – блокирует работу прокариотических РНК-полимераз – ферментов, катализирующих биосинтез РНК – связываясь с ферментом, но в то же время не обладает способностью связываться с РНК-полимеразами эукариот. Антибиотики взаимодействуют с ДНК и этим нарушают процессы, связанные с размножением и реализацией заложенной в ней наследственной информации. Антибиотики с таким механизмом действия обычно высокотоксичны и в качестве антибактериальных препаратов не используются, а применяются в химиотерапии злокачественных опухолей (актиномицин Д).

Все антибиотики были выделены в ходе систематического скрининга микроорганизмов; число их было существенно увеличено путем химической модификации, цель которой состоит в:

1. расширении спектра действия и повышения эффективности;

2. снижении токсичности и устранении нежелательных побочных эффектов;

3. создании аналогов, устойчивых к разрушению микробами и обладающих, поэтому большим временем «полужизни»;

4. усовершенствовании способов их введения.

Поскольку микробы могут разрушать антибиотики, возникла необходимость модифицировать природные антибиотики ферментами микроорганизмов, но лишь немногие из этих веществ оказались экономически приемлемыми.

Физиологическое значение антибиотиков для продуцирующих их микроорганизмов неясно. Одни исследователи считают, что синтез антибиотика дает определенные преимущества микроорганизмам-продуцентам в борьбе за существование в природных популяциях. Согласно другой точки зрения, антибиотики представляют собой «отбросы» обмена веществ микроорганизмов и не имеют приспособительного назначения.

Самый богатый источник антибиотиков – организмы, живущие в почве. В почвенных микроэкосистемах чрезвычайно развита конкуренция между обитателями, а антибиотики входят в тот природный «арсенал», который нужен для захвата экологической ниши. Образцы почв из всех районов мира постоянно анализируют в поисках новых сильнодействующих антибиотиков. Одним из самых продуктивных источников антибиотиков служит род Streptomyces. К этому роду принадлежат многие виды актиномицетов, у которых обнаружено и идентифицировано свыше 500 видов антибиотиков.

При оптимизации любого промышленного процесса, протекающего с участием живых организмов, основные усилия бывают направлены на улучшение их генетически обусловленных свойств. Традиционно для повышения продуктивности штаммов используют мутагенез с последующим скринингом и отбором подходящих вариантов.

До «эры» генной инженерии ценные для промышленности штаммы-продуценты антибиотиков с повышенной продуктивностью получали в основном с помощью мутагенеза и селекции природных микроорганизмов. Например, в результате селекции и улучшения техники ферментации промышленный выход пенициллина достиг 20 г/л, что в 10 тыс. раз выше уровня, который имелся в исходном штамме Penicillium.