Природные и синтетические антибиотики

                             Введение

       После открытия в 1940 г. Пенициллина как  ценного лекарственного препарата  в науку и в повседневную жизнь  людей прочно вошло понятие «антибиотик» или «антибиотическое вещество».

       Впервые термин «антибиотик» ввел в 1942г. З. Ваксман. Несмотря на несовершенство этого термина («антибиотик» в переводе означает против жизни), его невозможно в настоящее время оспаривать или заменить другим.

       Вместе  с тем за сравнительно небольшую  историю своего существования в  определение понятия «антибиотик» разными авторами вкладывалась не вполне аналогичная трактовка. Так, например, Ваксман в 40-х и 60-х годах писал: «Антибиотики  являются химическими веществами, образуемыми микроорганизмами, которые обладают способностью подавлять рост или даже разрушать бактерии и другие микроорганизмы».

       Анализируя  это определение понятия «антибиотик», можно заметить, что оно, с одной  стороны, не показывает различий между  антибиотическими веществами и другими  продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, которые обладают также антимикробными свойствами, но не относятся к антибиотикам.

       Никто ,например, не относит к антибиотикам молочную или лимонную кислоты, образуемые в процессе  жизнедеятельности  соответственно молочнокислыми бактериями и Aspergillus niger и подавляющие развитие других микроорганизмов. К числу антибиотических веществ не может быть отнесен также аммиак, выделяемый уробактериями при развитии их на мочевине и препятствующий росту ряда других бактерий.

       С другой стороны, вышеприведенное определение  понятия антибиотики включает в число продуцентов этих веществ только микроорганизмы , хотя хорошо известно, что к антибиотическим веществам относятся продукты жизнедеятельности высших растений  (аллицин, выделенный из чеснока;  крепин, полученный из почек и цветков скреды; рафанин, изолированный из семян редиски, и др.)  и животных (экмолин, полученный из рыб; эритрин. Выделенный из эритроцитов крови, печени и плаценты, и другие вещества).

     Другие  авторы дают слишком расширенное  толкование понятия «антибиотик», рассматривая его в качестве частного случая явления выделения фитонцидов в растительном мире или включая в число антибиотиков вещества, синтезируемые химическим путем и обладающие антимикробными свойствами. Таких соединений синтезируется очень много, однако причислять их к антибиотикам совершенно неправильно.

     Третьи  авторы значительно суживают это  понятие, относя r антибиотикам лишь химиотерапевтические вещества, полученные из микроорганизмов или иных природных источников, а также их синтетические аналоги и производные, которые обладают способностью избирательно подавлять в организме больного возбудителей заболеваний и (или) задерживать развитие злокачественных новообразований.

   Итак, что же такое антибиотики? 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Глава 1 Общая характеристика антибиотиков

1. 1 Понятие антибиотиков

     Антибиотики — специфические продукты жизнедеятельности или их модификации, обладающие высокой физиологической активностью по отношению к определенным группам микроорганизмов (вирусам, бактериям, актиномицетам, грибам, водорослям, протозоа) или к злокачественным опухолям, избирательно задерживая их рост или полностью подавляя развитие.

     Антибиотики в отличие от некоторых других продуктов жизнедеятельности  характеризуются  двумя  основными  признаками.

     Во-первых, антибиотики в отличие от органических кислот, спиртов и им подобных соединений обладают высокой биологической активностью по отношению к чувствительным к ним организмам. Это означает, что антибиотические вещества, даже в очень низких концентрациях, проявляют высокий физиологический эффект. Например, пенициллин в концентрации 0,000001 г/мл оказывает четко выраженное бактерицидное действие в отношении чувствительных к нему бактерий.

     Во-вторых, характерная особенность антибиотических веществ избирательность их действия. Это означает, что каждый антибиотик проявляет свое биологическое действие лишь по отношению к отдельным вполне определенным организмам или к группам организмов, не оказывая при этом заметного эффекта на другие формы живых существ. Так, бензилпенициллин задерживает развитие представителей только некоторых грамположительных бактерий (кокков, стрептококков и др.) и не оказывает действия на грамотрицательные бактерии, грибы или другие группы организмов. Он практически нетоксичен для организма человека и животных. В этом состоит отличие антибиотических веществ от общебиологических ядов — сулемы, фенола, мышьяка и других соединений, подавляющих жизнедеятельность любого организма, вступившего в контакт с ядом.

Антибиотические вещества в процессе развития их продуцентов могут выделяться и накапливаться в окружающей организм среде, они могут образовываться в виде летучих продуктов или же накапливаться внутри клеток организма и освобождаться от них в результате экстракции или при разрушении клеток.

     В соответствии с нашим определением понятия «антибиотик» к этим веществам относятся также химические или биологические модификации молекул природных соединений антибиотиков путем замены в них тех или иных свободных группировок (радикалов). В результате химической модификации молекул пенициллина, цефалоспорина, тетрациклина и некоторых других продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, образующихся в процессе биосинтеза, получены новые соединения с более ценными свойствами.

     Образование антибиотиков- это наследственно закрепленная особенность метаболизма организмов. Так, продуцент новобиоцина Streptomyces spheroides может синтезировать новобиоцин или (и) биологически неактивные его аналоги (изоновобиоцин и дескарбамилновобиоцин) и ничего другого, какие бы мы условия для развития актиномицета₍ ни создавали. Bacillus brevis может образовывать грамицидин и некоторые другие полипептидные антибиотики, но ни при каких условиях не будет синтезировать пенициллин, актиномицин  или другой антибиотик.

     Некоторые авторы за рубежом и у нас в  стране рассматривают антибиотики как «микробные метаболиты», «вторичные метаболиты».

     Если  под метаболитами понимать все продукты обмена веществ (метаболизма), то, конечно, и антибиотики можно считать метаболитами. Исходя из подобного представления метаболитами будут и органические кислоты, и аминокислоты, и белки, и жиры, и полисахариды. Одним словом, при таком подходе метаболитами будут все вещества, создаваемые организмом. Но эти вещества нельзя признать метаболитами, если придерживаться общепринятого в науке понимания термина «метаболит».

Что же такое  «метаболиты»?

     Метаболиты — это естественно возникающие промежуточные продукты обмена веществ клетки организма (аминокислоты, жирные кислоты, витамины, пурины, пиримидины и некоторые другие), которые постоянно вовлекаются в реакции метаболизма, участвуя в синтезе белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков и других соединений, или превращаются в иные необходимые для организма продукты.

     Необходимо  отметить, что в цепи превращений  веществ или в процессе их синтеза не существует ни «первичных», ни «вторичных» метаболитов.

     Ни  в одной из относительно полных схем метаболитических циклов, например циклов превращения углеводов, нельзя найти какого-либо антибиотика, образование которого связано с углеводным или иным обменом, в качестве участника цикла.

     Наряду  с метаболитами существуют вещества, обладающие антиметаболитными свойствами (антиметаболиты), которые препятствуют вовлечению метаболитов в нормальный обмен клетки. Антибиотики конечные продукты обмена, никак не могут быть метаболитами. Скорее, наоборот, многие антибиотики - это своеобразные антиметаболиты.

     Итак, антибиотики — не промежуточные продукты обмена веществ организмов (метаболиты), а конечные продукты обмена, накапливающиеся внутри клетки или выделяющиеся в окружающую среду.

  Образование антибиотических веществ микроорганизмами является, как уже отмечалось выше, лишь одной из форм микробного антагонизма. Этот важный биологический процесс — неслучайное явление, проявляющееся только при лабораторном культивировании организмов. Биосинтез антибиотических веществ — специфическая особенность вида или даже штамма микроорганизмов, появившаяся в результате их эволюционного развития в качестве одной из приспособительных особенностей.

     С общебиологической точки зрения, биосинтез антибиотиков принципиально не отличается от образования других продуктов обмена таких, как органические кислоты, спирты, аминокислоты и тому подобные вещества. Однако пути биосинтеза антибиотиков, продуцируемых микроорганизмами, могут коренным образом отличаться от путей образования органических кислот, спиртов, аминокислот или других аналогичных продуктов метаболизма.

     Известно, например, что антибиотические вещества не являются, как правило, прямыми и главными продуктами метаболизма углеводов; они часто не являются и продуктами непосредственного восстановления или окисления веществ, накапливающихся в значительном количестве в период первой фазы развития, как это наблюдается у многих бродильных организмов. Антибиотики в ряде случаев могут быть продуктами побочных звеньев сложнейшей цепи обмена углеродных, азотных и фосфорных соединений.

     Несмотря  на то, что антибиотики образуются в малых количествах по сравнению с такими продуктами жизнедеятельности, как, например, органические кислоты или спирты, они наиболее физиологически активные продукты метаболизма.

     Все вышеотмеченные особенности антибиотиков позволяют выделить их в самостоятельную группу соединений.

  1.2 Классификация антибиотиков

     Большое число (порядка 16 тыс.) описанных в литературе разнообразных по свойствам и химическому строению антибиотиков требует определенной и хорошо продуманной их классификации. Сложилось несколько подходов к классификации антибиотиков, причем они определяются главным образом профессиональными интересами ученых. Так, для биологов, организмы — продуценты антибиотических веществ, условия образования этих соединений и другие интересующие их проблемы, наиболее приемлема классификация антибиотиков по принципу их биологического происхождения. Для специалистов, изучающих механизм физиологического действия антибиотиков, наиболее удобен принцип классификации антибиотических веществ по их биологическому действию. Для химиков, детально исследующих строение молекул антибиотиков и разрабатывающих пути их синтеза и химической модификации, приемлема классификация, основанная на химическом строении антибиотиков. Практические работники здравоохранения (врачи) предпочитают классифицировать антибиотики по принципу спектра их биологического действия. Оценивая приведенные принципы классификации, в каждом из них можно найти и положительные стороны, и недостатки.

      Например, с  точки зрения химиков классификация  антибиотиков по биологическому происхождению  имеет недочеты, связанные с тем, что иногда близкие по строению и биологическому действию вещества могут продуцироваться организмами, принадлежащими к разным группам. Так, антибиотик цитринин образуется некоторыми видами пенициллов и аспергиллов. Кроме того, он найден в австралийском растении Crotolaria crispata. Галловая кислота обнаружена у многих высших растений, а

также образуется грибом Phycomyces. Она имеет следующее  строение:

Нередко организмы, принадлежащие к одной группе (например, актиномицеты), вырабатывают самые разнообразные по химическому строению антибиотики.

     Таким образом, при классификации антибиотиков по признаку их биологического происхождения, с одной стороны, близкие или даже идентичные вещества могут быть отнесены к разным группам, с другой – совершенно не сходные по химическому строению и биологическому действию соединения должны объединяться в одну группу веществ. Все это, безусловно, затрудняет их рассмотрение с точки зрения химического строения и биологического действия.

     С позиции биологов классификация антибиотиков по признаку химического строения также имеет недостатки: в одну группу антибиотиков, отнесенных к одному классу химических соединений, входят вещества, образующиеся разными группами организмов.

     Среди основных принципов классификации  антибиотиков рассмотрим следующие.

I. КЛАССИФИКАЦИЯ АНТИБИОТИКОВ 

ПО  БИОЛОГИЧЕСКОМУ ПРОИСХОЖДЕНИЮ 

1. Антибиотики, вырабатываемые  микроорганизмами, относящимися  к эубактериям.

1) Образуемые представителями  рода Pseudomonas:

пиоцианин — Ps. aeruginosa,

вискозин  — Ps. viscosa.

2) Образуемые представителями родов Micrococcus, Streptococcus,

Staphylococcus, Lactococcus, Chromobacterium, Escherichia, Pro-

Proteus, Lactobacillus:

стрептококцин А — Streptococcus pyogenes,

эпидермин — Staphylococcus epidermidis,

низин — Lactococcus lactis,

продигиозин — Chromobacterium prodigiosum {Serratia marcescens),