Грибы рода Penicillium

Влажность 
При относительной влажности окружающей среды ниже 30% жизнедеятельность большинства бактерий прекращается. Время их отмирания при высушивании различно (например, холерный вибрион – за 2 суток, а микобактерии – за 90 суток). Поэтому высушивание не используют как метод элиминации микробов с субстратов. Особой устойчивостью обладают споры бактерий.  
Широко распространено искусственное высушивание микроорганизмов, или лиофилизация. Метод включает быстрое замораживание с последующим высушиванием под низким (вакуумом) давлением (сухая возгонка). Лиофильную сушку применяют для сохранения иммунобиологических препаратов (вакцин, сывороток), а также для консервирования  и длительного сохранения культур микроорганизмов.  
Влияние концентрации растворов на рост микроорганизмов опосредовано изменением активности воды как меры доступной для организма воды. И если содержание солей вне клетки окажется выше их концентрации в клетке, то вода будет выходить из клетки. Угнетение патогенных бактерий хлористым натрием обычно начинается при его концентрации около 3%.

Излучения 
Солнечный свет губительно действует на микроорганизмы, исключением являются фототрофные виды. Наибольший микробицидный эффект оказывает коротковолновые УФ-лучи. Энергию излучения используют для дезинфекции, а также для стерилизации термолабильных материалов. 
УФ-лучи (в первую очередь коротковолновые, т.е. с длиной волны 250-270 нм) действуют на нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие основано на разрыве водородных связей и образовании в молекуле ДНК димеров тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов. Применение УФ-излучения для стерилизации ограничено его низкой проницаемостью и высокой поглотительной активностью воды и стекла. 
Рентгеновское и  g-излучение в больших дозах также вызывает гибель микробов. Облучение вызывает образование  свободных радикалов, разрушающих нуклеиновые кислоты и белки с последующей гибелью микробных клеток.  Применяют для стерилизации бактериологических препаратов, изделий из пластмасс. 
Микроволновое излучение применяют для быстрой повторной стерилизации длительно хранящихся сред. Стерилизующий эффект достигается быстрым подъемом температуры.

Ультразвук 
Определенные частоты ультразвука при искусственном воздействии способны вызывать деполимеризацию  органелл микробных клеток, под действием ультразвука газы, находящиеся в жидкой среде цитоплазмы, активируются и внутри клетки возникает высокое давление ( до 10 000 атм). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.

Давление 
Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления. Повышение давления до некоторого предела не сказывается на скорости роста обычных наземных бактерий, но в конце концов начинает препятствовать нормальному росту и делению. Некоторые виды бактерий выдерживают давление до 3 000 – 5 000 атм, а бактериальные споры - даже 20 000 атм. 
В условиях глубокого вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна.

Фильтрование 
Для удаления микроорганизмов применяют различные материалы (мелкопористое стекло, целлюлоза, коалин); они обеспечивают эффективную элиминацию микроорганизмов из жидкостей и газов. Фильтрацию применяют для стерилизации жидкостей, чувствительных к температурным воздействиям, разделения микробов и их метаболитов (экзотоксинов, ферментов), а также для выделения вирусов[2].

     Экологическое значение.

     Грибы играют большую роль в круговороте веществ в природе, в разложении остатков животных и растений, попадающих в почву, образовании в почве органического вещества, повышении плодородия почвы.

     Попадающие  в почву органические остатки  разлагаются наряду с бактериями и актиномицетами, почвенными микроскопическими грибами. Разложение лесной подстилки производится специальной группой шляпочных грибов. Грибы обычно довольно быстро заселяют древесные остатки в лесу и на порубках. Первыми поселяются деревоокрашивающие грибы, способные в дальнейшем разрушать древесину. Поэтому грибы являются важным звеном в сложном процессе разложения опавших сучьев и порубочной древесины.

     Многие  грибы обладают богатым ферментным аппаратом, а также образуют ряд  физиологически активных веществ. Эти свойства грибов широко используются человеком. Ферменты ряда грибов применяются для различных целей: для осветления фруктовых соков; для переработки сырья, грубых кормов, разрушения остатков бумажных отходов; Во Вьетнаме приготовляют соевые соусы при помощи ферментов некоторых плесневых грибов.

     Одно  из выдающихся достижений ХХ века - открытие антибиотиков. Первый антибиотик, получивший широкое применение в практике, был пенициллин- продукт жизнедеятельности одного из видов грибов - пенициллов. В медицине широко применяют препараты из спорыньи. При помощи гриба черной плесени в промышленном масштабе получают лимонную кислоту.

     Кроме полезных плесневых грибов, широко встречается плесневый гриб из рода мукоров, поселяющийся на хлебе, овощах и других продуктов питания, приводя их к порче.

     Аменсализм  - одна популяция подавляет другую, но сама при этом не испытывает отрицательного влияния;

     При аменсализме страдает один вид, а  другой развивается нормально: например, плесневый гриб Penicillium выделяет пенициллин - вещество, подавляющее рост различных бактерий, но бактерии не оказывают влияния на плесневый гриб. При клинических испытаниях пенициллина было выявлено, что при его применении увеличилось число грибковых заболеваний, поскольку в естественных условиях развитие грибов сдерживается присутствием бактерий. При антогонизме - аменсализме, паразитизме и хищничестве - ошибочно полагать, что отношения между хозяином и паразитом или хищником и жертвой всегда вредны для хозяина или жертвы.  Со временем под влиянием естественного отбора губительное действие паразита или хищника ослабевает, поскольку паразит может сохраниться лишь в том случае, если перейдет на какой-либо новый вид, пригодный в качестве хозяина. Если же паразит не найдет нового хозяина, то он погибает сам. 
Промышленное значение.

     При помощи этих грибов производят также  сидр и японский сакэ. Специальные  штаммы дрожжей, выделяющие много углекислоты, используются в хлебопекарнях для  поднятия теста (образующийся при этом спирт улетучивается). Дрожжи также служат для производства лимонной кислоты. Некоторые знаменитые сорта сыра (рокфор, голубой датский сыр) невозможно получить без пеницилла.

     Грибы рода пеницилл используют для производства пенициллина, гризеофульвина и других антибиотиков. 

     Активные  антимикробные вещества, содержащиеся в культуральной жидкости продуцентов  пенициллина, являются смесью различных  пенициллинов. Разные типы пенициллина  имеют одинаковое основное ядро и  разные боковые цепи (радикалы). Все они являются гетероциклическими соединениями, в основе молекул которых лежит бициклическая система, построенная из конденсированных тиазолидинового и р-лактамного кольца. В настоящее время известно свыше 10 природных пенициллинов, содержащих различные радикалы. Промышленный (лечебный) пенициллин содержит преимущественно бензилпенициллин. В настоящее время в лечебной практике используется также феноксиметилпенициллин (пенициллин - ФАУ), который не разрушается под влиянием желудочного сока и может применяться перорально. Предшественником его является феноксиметилуксусная кислота, добавляемая в культурную среду.  
Пенициллин является высокоэффективным антибактериальным средством, широко применяемым в медицинской практике для лечения заболеваний, вызванных стрептококком, стафилококком, менингококком, пневмококком, гонококком и другими патогенными аэробными бактериями. Он применяется в виде натриевой, калиевой и других солей при сепсисе и раневой инфекции, пневмонии, остром и подостром септическом эндокардите, гнойной инфекции кожи, септицемии и пиемии, остеомиэлите, ангине, гонорее, сифилисе и других заболеваниях. Наиболее эффективно внутримышечное и внутривенное введение бензилпенициллина. Его также вводят в серозные полости, суставы, абсцессы, свищи при полиомиэлите; применяются повязки, пропитанные пенициллином, на инфицированные раны, язвы; он рекомендуется для полосканий и в виде таблеток при ангинах. Феноксипенициллин используется в форме таблеток перорально в тех же случаях, что и бензилпенициллин. Хорошо очищенные пенициллины практически не токсичны.  
Препараты - пенициллин кристаллический (натриевая и калиевая соль бензилпенициллина), пенициллин - кальциевая соль, новокаиновая соль пенициллина и др. 

     Многие  грибы вредны. Так, плесени вызывают гниение и порчу продуктов, зерна, фруктов, а также тканей. Многие грибы-сапрофиты – активные разрушители древесины. Поселяясь на деревянных частях домов и других построек, на шпалах и столбах, на штабелях лесоматериалов в складах, грибы приводят древесину в полную негодность 

     История открытия пенициллина.

     Открытие  сульфаниламидных препаратов и применение их в медицинской практике составили известную эпоху в химиотерапии многих инфекционных заболеваний, в том числе сепсиса, менингита, пневмонии, рожистого воспаления, гонореи и некоторых других.

     Однако  наибольший интерес для медицины представили различные биологически активные вещества, полученные биосинтетическим путем, то есть соединения, образующиеся в процессе жизнедеятельности разнообразных организмов.

     В конце XIX века русские ученые В. А. Манассеин  и А. Г. Полотебнов показали, что грибы из рода Penicillium способны задерживать в условиях in vivo развитие возбудителей ряда кожных заболеваний человека.

     И. И. Мечников в 1894 году обратил внимание на возможность использования некоторых  сапрофитных бактерий в борьбе с  патогенными микроорганизмами.

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

     Эммерих 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 Black O. и Alsberg U. выделили из гриба  рода 
Penicillium пенициловую кислоту, обладавшую антимикробными свойствами.

     К сожалению, эти и некоторые другие наблюдения и открытия не получили в то время дальнейшего развития, но они оказали огромное положительное  влияние на более поздние исследования в области изучения биологически активных продуктов жизнедеятельности  организмов.

     В 1929 году Александром Флемингом был  открыт новый препарат пенициллин, который только лишь в 1940 году удалось  выделить в кристаллическом виде. Это новое и весьма эффективное  химиотерапевтическое вещество было получено в результате жизнедеятельности микроорганизма, то есть биосинтетическим путем.

     Применение  пенициллина в борьбе с различными инфекционными заболеваниями и  воспалительными процессами явилось  мощным стимулом для поиска новых, еще  более эффективных антибиотических  веществ, образуемых различными группами микроорганизмов (бактериями, актиномицетами), низшими растениями (дрожжами, водорослями, плесневыми грибами, высшими грибами), высшими растениями и животными организмами.

     Настойчивые поиски продуцентов новых антибиотиков увенчались блестящими успехами.

     Так, если проследить за динамикой роста  числа описываемых антибиотиков, то можно заметить следующую закономерность. 

     Пенициллины являются наиболее мощным из известных  средств для лечения заболеваний, вызываемых кокками и некоторыми анаэробными палочками. Они являются одними из наименее токсичных антибиотиков. Пенициллины широко используется в  хирургии, при лечении остеомиелитов, карбункулов, инфицированных ран, перитонита, пневмонии. В педиатрической практике пенициллин имеет большое значение при лечении гнойных осложнений после скарлатины (острые лимфадениты, отиты и др.). Пенициллинотерапия занимает важное место в лечении сифилиса (особенно его ранних форм).

     Кто же на самом деле открыл пенициллин? 
Это трудно сказать, но задолго до Флеминга (рис.4), племена в Северной Африке использовали пенициллин. В 1897 году Эрнест Дучесне (Ernest Duchesne) использовал плесень penicillum glaucoma для лечения тифа у морских свинок. В истории науки это, наверное, самые бесполезные исследования, но все равно они могли подтвердить лечебные свойства пенициллина. В то время другие ученые не восприняли его исследования всерьез. Патента он никогда не получал. А умер Дучесне через 10 лет именно от той болезни, которую можно было вылечить с помощью пенициллина. 

     Рис. 4 Александр Флеминг [4]. 
  После выделения в 1959 из . chrysogenum 6-АПК появилась возможность синтеза новых Пенициллины путем присоединения различных радикалов к свободной аминогруппе. Известно свыше 15 000 полусинтетических Пенициллины (ПСП), однако лишь немногие из них превосходят ПП по биологическим свойствам. Некоторые ПСП (метициллин, оксациллин и др.) не разрушаются пенициллиназой и поэтому действуют на устойчивые к БП стафилококки, другие - устойчивы в кислой среде и могут поэтому, в отличие от большинства ПП, применяться внутрь (фенетициллин, пропициллин). Имеются ПСП с более широким, чем у БП, спектром антимикробного действия (ампициллин, карбенициллин). Ампициллин и оксациллин, кроме того, кислотоустойчивы и хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте. Все Пенициллины малотоксичны, однако у некоторых больных с повышенной чувствительностью к Пенициллины они могут вызывать побочные явления - аллергические реакции (крапивница, отек лица, боли в суставах и т.д.). 
 
  ПП применяют при лечении пневмонии, сепсиса, гнойных инфекций кожи, мягких тканей и слизистых оболочек, при гнойном плеврите, перитоните, цистите, остеомиелите, дифтерии, скарлатине, эпидемическом менингите, гонорее, сифилисе и др. болезнях. Бициллин и его комбинированные с др. солями БП препараты применяют в основном для профилактики и лечения ревматизма и терапии сифилиса. Метициллин и оксациллин используют при заболеваниях, вызванных устойчивыми к БП штаммами стафилококков, ампициллин - при лечении инфекций дыхательных путей, мягких тканей, желудочно-кишечного и мочевого трактов. 
 Внимание к пенициллам возросло, когда у них впервые была открыта способность образовывать антибиотик пенициллин. Тогда в изучение пенициллов включились ученые самых разнообразных специальностей: бактериологи, фармакологи, медики, химики и т. д. Это вполне понятно, так как открытие пенициллина было одним из выдающихся событий не только в биологии, но и в ряде других областей, особенно в медицине, ветеринарии, фитопатологии, где антибиотики нашли затем самое широкое применение. Именно пенициллин был первым открытым антибиотиком. Широкое признание и применение пенициллина сыграло большую роль в науке, так как ускорило открытие и введение в лечебную практику других антибиотических веществ.