Антибиотики

Лекция  № 2

   Тема: Антибиотики

   План:

1. Характеристика антибиотиков.

2. Микроорганизмы – продуценты антибиотиков.

   Ключевые слова:  бактеристатическое, бактерицидное действие.

   Антибиотики – это низкомолекулярные вещества, массой около 1000 дальтон. Это продукты непрямой трансляции, имеют достаточно сложный биосинтетический путь. Они могут синтезироваться в микробной клетке из ароматических соединений, аминокислот и других первичных метаболитов в результате реакции полимеризации.  Синтез антибиотиков сходен в определенной степени с метаболическими путями синтеза ароматических аминокислот (тирозин-хлорамфеникол); образование антибиотиков углеводной природы сходно с путями синтеза полисахаридов  клеточной стенки у грам(-) микроорганизмов.  Кроме полимеризации аминокислот, моносахаров, ацетат-малонатных единиц антибиотики могут синтезироваться  путем модификации первичных метаболитов микробной клетки или конденсацией нескольких модифицированных первичных метаболитов.  Некоторые антибиотики  нуклеозидной природы синтезируются сходно с метаболическими путями синтеза  пуриновых и пиримидиновых нуклеозидов. В синтезе антибиотиков обычно участвует десять и более ферментов – это многоэтапный метаболический путь.  Антибиотики не относятся к метаболитам основного обмена и клетки могут сохранять жизнеспособность в их отсутствие.

   Продуцентами антибиотиков, в основном, являются сапрофитные , гетеротрофные, чаще почвенные микроорганизмы – бактерии, актиномицеты, мицелиальные грибы. Микроорганизмы одного вида могут синтезировать антибиотики различной природы и, наоборот, один и тот же  антибиотик  могут продуцировать  микроорганизмы  различных таксономических групп.

   Известно более 9000 антибиотиков, в медицине используется около 200 соединений.  Антибиотики обладают избирательностью, что заключается  в их антимикробном  воздействии на определенные  виды микроорганизмов.  Антибиотики, применяемые в медицине,  не используются в ветеринарии, сельском хозяйстве и наоборот.

Рекомендуемые материалы

   По типу и механизму биологического действия антибиотики могут оказывать бактерицидное действие, т.е. необратимое нарушение жизнедеятельности (гибель) микроорганизма и бактериостатическое действие, при котором прекращается или приостанавливается размножение возбудителя.

Микроорганизмы – продуценты антибиотиков.

   Антибиотики, синтезируемые актиномицетами.  Известно более 4000 антибиотиков, продуцируемых этой группой микроорганизмов. Только один вид актиномицетов Str. griseusпродуцирует около 50 соединений с антибиотической активностью.  Они подразделяются на:

   - тетрациклины (хлор-, окситетрациклины и их производные – доксициллин, метациклин). Штаммы-продуценты Str.aureofaciens, Str. rimosus. Эти антибиотики оказывают бактериостатическое действие, они ингибируют  биосинтез белка, связываясь с рибосомами микробной клетки;

   - макролиды – это антибиотики, молекулы которых содержат алифатические лактонные кольца (не менее 12 атомов углерода).   Биосинтез макролидов осуществляется путем конденсации ацетатных или пропионатных фрагментов. Эти антибиотики делятся на две группы, различающиеся  по структуре и биологическим свойствам: антибактериальные макролиды и противогрибковые макролиды – полиены. Штаммы-продуценты бактериальных макролидов – олеандомицина - Str.antibioticus, эритромицина -Str. Erythraeus.   Продуцент эритромицина  синтезирует четыре близких по структуре антибиотика – эритромицины А, В, С, и Д.  Механизм антибактериального действия макролидов заключается в ингибировании трансляции белка на рибосомах путем связывания с 23S рибосомной субъединицей в районе пептидилтрансферазного центра с последующим подавлением  переноса пептидильного остатка и, таким образом, прекращении элонгации полипептидной цепи. Все это приводит к подавлению синтеза белка, в чем выражается бактериостатическое действие макролида;

   - полиеновые антибиотики – антигрибковое действие которых проявляется нарушением проницаемости цитоплазматической мембраны  этих микроорганизмов.  Взаимодействуя со стеринами – компонентами плазматических мембран грибов, полиены  нарушают их целостность.  Продуцент нистатина – Streptomycesneurasei, амфотеррицинов А и В -Str.nodosus. ;

   - аминогликозиды – стрептомицин – Str.griseus, неомицин -Str.fradiae, канамицин - Str.kanamyceticus.  Обладают широким спектром антимикробного действия, обусловленного ингибированием синтеза белка на рибосомах, воздействием на все фазы трансляции;

   - рифампицины – препятствуют репликации и транскрипции матричной РНК путем встраивания в двойную спираль ДНК микробной клетки. Эти антибиотики имеют сложную анзамициновую  структуру, включающую нафталиновое «ядро» и длинную алифатическую цепь. Наиболее известен среди них рифампицин, используемый  в лечении туберкулеза.   Продуцент – Str.mediterranei.;

   - противоопухолевые антибиотики – актиномицин Д, блеомицин – Str. Verticillius. Действие их связано с нарушением репликации ДНК микроорганизмов, тем самым, замедляют рост злокачественных опухолей.

Бактерии, продуцирующие антибиотики полипептидной природы.

   Гомомерные линейные полипептидные антибиотики – грамицидин С – продуцент Bacillusbrevis; гомомерные циклические – бацитрацин - B. Licheniformis; гетеромерные пептиды – полимиксины  В, Е и М - B.polymyxa.  К циклопептидным антибиотикам относится также циклоспорин А, продуцируемый мицелиальными грибамиCylindrocarpumlucidum и Tolypocladiuminflaturn.  Полипептидные антибиотики нарушают проницаемость цитоплазматической мембраны прокариот.

Мицелиальные грибы, продуцирующие беталактамные антибиотики. 

Пенициллины – Penicilliumchrysogenum, P. notatumицефалоспориныCephalosporiumAcremoniumchrysogenumявляютсяизвестнымипредставителямибета-лактамныхантибиотиков, продуцирующимисямицелиальнымигрибами.  В структуре антибиотика имеется бета-лактамное кольцо, обладающее способностью ингибирования синтеза пептидогликанов клеточной стенки.  Антибиотики используются в лечении инфекций, вызванных грам(-) бактериями.

Фторхинолоны – синтетические антибиотики.  Обладают широким спектром антимикробного действия. Некоторые фторхинолоны обладают не только антибактериальной, и но и противоопухолевой , анти-ВИЧ-активностью.

Антибиотики животного происхождения.  Экмолин, выделенный из осетровых рыб, эритрин – из эритроцитов, лизоцим и интерферон – обладающие  антимикробным и противовирусным действиями.

Антибиотики, продуцируемые высшими растениями - фитонциды.  Этоаллицинизчеснока – Alliumsativum, иманин из зверобоя, сальван из шалфея, рафанин из редиса - Raphanussativum, фазеолин из фасоли -Phaseolusvulgaris и другие.

  Использованная литература:

1. Медицинская биотехнология. К.Х.Әлмағамбетов, Ә.Ө.Байдүйсенова. // Астана. – 2009. – 232с.

2. Основы биотехнологии. Т.А.Егорова, С.М.Клунова, Е.А.Живухина. // Москва. – «Академия». – 2008. – 208с.

3. Биотехнология. Н.В.Загоскина, Л.В.Назаренко и др. //  Москва. – «Оникс». – 2009. – 496с.

4. Биотехнология микроорганизмов.  Алмагамбетов К.Х. // Астана. – 2008. – 244с.

        Контрольные вопросы:

1. Что такое антибиотики?

2. Характеристика метаболических путей биосинтеза антибиотиков микроорганизмами.

Ещё посмотрите лекцию "4 Эффективность решения" по этой теме.

3. Характеристика антибиотиков, продуцируемых актиномицетами.

4. Характеристика антибиотиков, продуцируемых бактериями.

5. Характеристика антибиотиков, продуцируемых мицелиальными грибами.

6. Характеристика антибиотиков, продуцируемых животными.

7. Характеристика антибиотиков, продуцируемых высшими растениями.

8. Характеристика синтетических антибиотиков – фторхинолонов.