МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ВИТЕБСКАЯ ОРДЕНА «ЗНАК ПОЧЕТА» ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ И ВИРУСОЛОГИИ РЕФЕРАТ Тема: АНТИБИОТИКИ Подготовила: студентка 3 курса 9 группы Березовская Ирина Викторовна Проверил: Витебск, 2017 Содержание Введение…………………………………………………………………………3 1. История открытия антибиотиков……………………………………….....4 2. Классификация антибиотиков……………………………………………..5 3. Источники и способы получения антибиотиков………………………...8 4. Побочные действия антибиотиков……………………………………….10 Заключение……………………………………………………………………...11 Список литературы…………………………………………………………….12 Введение Тот факт, что одни микробы могут каким - либо образом задерживать рост других, был хорошо известен издавна. В 1928 - 1929 гг. А. Флеминг открыл штамм плесневого гриба пенициллина (Penicillium notatum), выделяющего химическое вещество, которое задерживает рост стафилококка. Вещество было названо «пенициллин», однако лишь в 1940 г. Х. Флори и Э. Чейн были удостоены Нобелевской премии. Большой вклад в учение об антибиотиках внесли З.В. Ермольева и Г.Ф. Гаузе. Сам термин «антибиотик» (от греч. anti, bios - против жизни) был предложен С. Ваксманом в 1842 г. Для обозначения природных веществ, продуцируемых микроорганизмами и в низких концентрациях антагонистичных к росту других бактерий. Антибиотики - это химиотерапевтические препараты из химических соединений биологического происхождения (природные), а также их полусинтетические производные и синтетические аналоги, которые в низких концентрациях оказывают избирательное повреждающее или губительное действие на микроорганизмы и опухоли. 1. История открытия антибиотиков Много веков назад было замечено, что зеленая плесень помогает в лечении тяжелых гнойных ран. Но в те далекие времена не знали ни о микробах, ни об антибиотиках. Первое научное описание лечебного действия зеленой плесени сделали в 70-х годах 19 века русские ученые В.А.Манассеин и А.Г. Полотебнов. После этого на несколько десятилетий о зеленой плесени забыли, и только в 1929 году она стала настоящей сенсацией, перевернувшей научный мир. Феноменальные качества этого неприятного живого организма изучил профессор микробиологии Лондонского университета Александр Флеминг. Опыты Флеминга показали, что зеленая плесень вырабатывает особое вещество, обладающее антибактериальными свойствами и подавляющее рост многих болезнетворных микроорганизмов. Это вещество ученый назвал пенициллином, по научному названию вырабатывающих его плесневых грибов. В ходе дальнейших исследований Флеминг выяснил, что пенициллин губительно действует на микробы, но вместе с тем не оказывает отрицательного действия на лейкоциты, принимающие активное участие в борьбе с инфекцией, и другие клетки организма. Но Флемингу не удалось выделить чистую культуру пенициллина для производства лекарственных препаратов. Учение об антибиотиках - молодая синтетическая ветвь современного естествознания. Впервые в 1940 году был получен в кристаллическом виде химиотерапевтический препарат микробного происхождения – пенициллин антибиотик, открывший летоисчисление эры антибиотиков. Многие учёные мечтали о создании таких препаратов, которые можно было бы использовать при лечении различных заболеваний человека, о препаратах, способных убивать патогенных бактерий, не оказывая вредного действия на организм больного. Пауль Эрлих (1854-1915) в результате многочисленных опытов синтезировал в 1912 году мышьяковистый препарат - сальварсан, убивающий in vitro возбудителя сифилиса. В 30-х годах прошлого столетия в результате химического синтеза были получены новые органические соединения – сульфамиды, среди которых красный стрептоцид (пронтозил) был первым эффективным препаратом, оказавшим терапевтическое действие при тяжёлых стрептококковых инфекциях. Он долгое время пребывал в гордом одиночестве, если не считать используемого индейцами Южной и Центральной Америки для лечения малярии хинина алкалоида хинного дерева. Только спустя четверть века были открыты сульфаниламидные препараты, а в 1940 году Александр Флеминг выделил в чистом виде пенициллин. В конце XIX века В. А. Манассеин (1841-1901) и А. Г. Полотебнов (1838-1908) показали, что грибы из рода Penicillium способны задерживать в условиях in vivo развитие возбудителей ряда кожных заболеваний человека. Эммирих 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 O. Black и U. Alsberg выделили из гриба рода Penicillium пеницилловую кислоту, обладающую антимикробными свойствами. В 1929 году А. Флемингом был открыт новый препарат пенициллин, который только в 1940 году удалось выделить в кристаллическом виде. Открытие Флеминга В 1922 году после неудачных попыток выделить возбудителя простудных заболеваний Флеминг чисто случайно открыл лизоцим (название придумал профессор Райт) - фермент, убивающий некоторые бактерии и не причиняющий вреда здоровым тканям. К сожалению, перспективы медицинского использования лизоцима оказались довольно ограниченными, поскольку он был достаточно эффективным средством против бактерий, не являющихся возбудителями заболеваний, и совершенно неэффективным против болезнетворных организмов. Это открытие побудило Флеминга заняться поисками других антибактериальных препаратов, которые были бы безвредны для организма человека. Следующая счастливая случайность — открытие Флемингом пенициллина в 1928 году - явилась результатом стечения ряда обстоятельств, столь невероятных, что в них почти невозможно поверить. В отличие от своих аккуратных коллег, очищавших чашки с бактериальными культурами после окончания работы с ними, Флеминг не выбрасывал культуры по 2-3 недели, пока его лабораторный стол не оказывался загроможденным 40-50 чашками. Тогда он принимался за уборку, просматривал культуры одну за другой, чтобы не пропустить что-нибудь интересное. В одной из чашек он обнаружил плесень, которая, к его удивлению, угнетала высеянную культуру бактерии. Отделив плесень, он установил, что «бульон», на котором разрослась плесень, приобрел выраженную способность подавлять рост микроорганизмов, а также имел бактерицидные и бактериологические свойства. Неряшливость Флеминга и сделанное им наблюдение явились двумя обстоятельствами в целом ряду случайностей, способствовавших открытию. Плесень, которой оказалась заражена культура, относилась к очень редкому виду. Вероятно, она была занесена из лаборатории, где выращивались образцы плесени, взятые из домов больных, страдающих бронхиальной астмой, с целью изготовления из них десенсибилизирующих экстрактов. Флеминг оставил ставшую впоследствии знаменитой чашку на лабораторном столе и уехал отдыхать. Наступившее в Лондоне похолодание создало благоприятные условия для роста плесени, а последовавшее затем потепление — для бактерий. Как выяснилось позднее, стечению именно этих обстоятельств было обязано знаменитое открытие. 2. Классификация антибиотиков Антибиотики классифицируют по происхождению, химическому составу, механизмам ингибирующего действия на микробные клетки, антимикробным спектрам. По происхождению антибиотики подразделяют на следующие группы: 1) антибиотики, образуемые бактериями (грамицидин, полимиксин и др.); 2) антибиотики, образуемые актиномицетами (аминогликозиды, левомицетин, тетрациклины, макролиды и др.); 3) антибиотики, образуемые грибами (пенициллины, цефалоспорины и др.). По направленности действия: - антибактериальные; - противогрибковые; - противоопухолевые. По химическому составу антибиотики сгруппированы в классы: - бета - лактамы - основу молекулы составляет беталактамное кольцо, при разрушении которого препараты теряют свою активность, тип действия бактерицидный. Антибиотики этой группы подразделяют на пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы, монобактамы. Пенициллины. Природный препарат - бензилпенициллин - активен против грамположительных бактерий, однако имеет много недостатков: быстро выводится из организма, разрушается в кислой среде желудка, инактивируется бактериальными ферментами, разрушающими бета - лактамное кольцо. Полусинтетические пенициллины имеют преимущества перед природным препаратом, в том числе широкий спектр действия (депо - препараты - бициллин действует около четырёх недель; кислотоустойчивые (феноксиметилпенициллин), для перорального приёма; пенициллиназоустойчивые (оксациллин, метициллин) но у них довольно узкий спектр действия; широкого спектра (ампициллин, амоксициллин), антисинегнойные; комбинированные (амоксициллин+клавулановая кислота), клавулановая кислота - ингибитор ферментов беталактамаз, её противомикробная активность очень низка, но они легко связываются с ферментами, ингибируют их и таким образом защищают молекулу антибиотика от разрушения. Цефалоспорины (цефазолин, цефотаксим, цефипим и др.). Спектр действия широкий, но более активны в отношении грамотрицательных бактерий. По последовательности внедрения различают 4 поколения препаратов, которые отличаются по спектрам активности, устойчивости к бета - лактамазам и некоторым фармакологическим свойствам, поэтому препараты одного поколения не заменяют препараты другого поколения, а дополняют. Карбапенемы (имипенем и др.) из всех бета - лактамов имеют самый широкий спектр действия и резистентны к действию бета - лактамаз. Монобактамы (азтреонам и др.) резистентны к бета - лактамазам. Спектр действия узкий. - Гликопептиды (ванкомицин и тейкопланин) - крупные молекулы, которым трудно пройти через поры грамотрицательных бактерий. Вследствие этого спектр действия ограничен грамположительными бактериями. - Аминогликозиды - соединения, в состав молекулы которых входят аминосахара. Различают несколько поколений препаратов: (1) стрептомицин, канамицин и др., (2) гентамицин, (3) тобрамицин и др. Препараты бактерицидны, спектр действия широкий. - Тетрациклины - семейство крупномолекулярных препаратов, имеющих в своём составе четыре цикличных соединения. Доксициклин - полусинтетик, тип действия - статический, спектр действия - широкий. - Макролиды (и азалиды) - семейство больших макроциклических молекул эритромицин, азитромицин, кларитромицин. Спектр действия - широкий, включая внутриклеточные микроорганизмы, гемофильную палочку, легионеллы. Тип действия - статистический. - Линкозамиды (линкомицин, клиндамицин). Бактериостатики. Спектр их действия похож на макролиды. - Левомицетин имеет в своём составе молекулы нитробензеновое «ядро», которое, к сожалению, делает препарат токсичным не только в отношении бактерий, но для клеток организма человека. Статистический тип действия. Спектр действия широкий, включая внутриклеточных паразитов. - Рифамицины (рифампицин). В основе препарата - крупная молекула со сложной структурой. Тип действия - бактерицидный. Спектр действия широкий (в том числе внутриклеточные паразиты). Сейчас применяется в основном для лечения туберкулёза. - Полипептиды (полимиксины). Спектр антимикробного действия узкий (грамотрицательные бактерии), тип действия - бактерицидный. Очень токсичны. Применение - наружное; в настоящее время не используются. - Полиены (нистатин и др.). Противогрибковые препараты, токсичность которых достаточно велика, поэтому применяются чаще местно. По механизму антимикробного действия антибиотики в значительной мере отличаются друг от друга. «Мишенью» для их ингибирующего действия служит одна или несколько биохимических реакций, необходимых для синтеза и функционирования определённых морфологических компонентов или органоидов микробной клетки: клеточной стенки (пенициллины, цефалоспорины, циклосерин), цитоплазматической мембраны (полиеновые антибиотики, грамицидин, полимиксин), рибосом (аминогликозиды, тетрациклины, левомицетин, макролиды), нуклеотида (рифампицин, новобиоцин). Антибиотики оказывают на микроорганизмы, главным образом на бактерии, бактериостатическое или бактерицидное действие. Подавляющее большинство антибиотиков в терапевтических дозах преимущественно обладает бактериостатическим свойством. Бактерицидное действие свойственно для пенициллинов и аминогликозидных антибиотиков. По антимикробному спектру антибиотики подразделяют на две группы - узкого и широкого спектра действия. К антибиотикам узкого спектра действия относят пенициллины, оказывающие губительное действие только на грамположительные кокки и бактерии, грамотрицательные кокки и спирохеты. В эту же группу входят полиеновые антибиотики, действующие на дрожжеподобные грибы и некоторых простейших, макролиды, действующие на грамположительные и грамотрицательные кокки и некоторые другие бактерии. К антибиотикам широкого спектра действия относятся, например аминогликозиды, тетрациклины. 3. Источники и способы получения антибиотиков Основными продуцентами природных антибиотиков являются микроорганизмы, которые, находясь в своей естественной среде (в основном в почве), синтезируют антибиотики в качестве средства выживания в борьбе за существование. Животные и растительные клетки также могут вырабатывать некоторые вещества с селективным антимикробным действием, однако широкого применения в медицине в качестве продуцентов антибиотиков они не получили. Таким образом, основными источниками получения природных полусинтетических антибиотиков стали: - Актиномицеты (особенно стрептомицеты) - ветвящиеся бактерии. Они синтезируют большинство природных антибиотиков (80%). - Плесневые грибы - синтезируют природные бета - лактамы (грибы рода Cephalosporium и Penicillium) и фузидиевую кислоту. - Типичные бактерии - например, эубактерии, бациллы, псевдомонады продуцируют бацитрацин, полимиксины и другие вещества, обладающие антибактериальным действием. Существуют три основных способа получения антибиотиков: - биологический синтез (так получают природные антибиотики - натуральные продукты ферментации, когда в оптимальных условиях культивируют микробы продуценты, которые выделяют антибиотики в процессе своей жизнедеятельности); - биосинтез с последующими химическими модификациями (так создают полусинтетические антибиотики). Сначала путём биосинтеза получают природный антибиотик, а затем его первоначальную молекулу видоизменяют путём химических модификаций, например, присоединяют определённые радикалы, в результате чего улучшаются противомикробные и фармакологические характеристики препарата; - химический метод (так получают синтетические аналоги природных антибиотиков, например хлорамфеникол/левомицетин). Это вещества, которые имеют такую же структуру, как и природный антибиотик, но их молекулы синтезированы химически. антибиотик клинический полусинтетический Среды для культивирования микроорганизмов. Натуральные (комплексные) среды, состоящие из природных соединений и имеющие неопределенный химический состав (части зеленых растений, животные ткани, солод, дрожжи, фрукты, овощи, навоз, почва и т. д.), содержат все компоненты, необходимые для роста и развития микроорганизмов большинства видов. Используются следующие среды: - мясопептонная среда; используется обычно в лабораторной практике. - картофельные среды с глюкозой и пептоном, часто используемые в лаборатории для культивирования многих видов актиномицетов и бактерий; - среды с кукурузным экстрактом, соевой мукой, бардой и другими веществами; среды успешно применяются в промышленности, т. к. являются дешевыми и обеспечивают хорошее развитие микроорганизмов с высоким выходом антибиотиков. Поскольку натуральные среды не позволяют получать строгие количественные данные для изучения физиологических и биохимических особенностей организма, применяют синтетические среды, которые подбирают для отдельных продуцентов индивидуально. Источниками углерода могут быть органические кислоты, спирты, углеводы, сочетания различных углеродсодержащих соединений. При промышленном получении ряда антибиотиков в качестве источников углерода нередко применяют картофельный крахмал, кукурузную муку или другие растительные материалы. Источники азота оказывают большое влияние на образование микроорганизмами антибиотических веществ. Обычно в средах для культивирования микроорганизмов источником азота служат соли азотной (реже азотистой) кислоты, аммонийные соли органических и неорганических кислот, аминокислоты, белки и продукты их гидролиза. Обычно наиболее благоприятным для микроорганизмов является соотношение C/N = 20. Однако для образования антибиотика такое соотношение не всегда оптимально. Поэтому для каждого продуцента необходимо подбирать соответствующее соотношение углерода и азота. Источниками минерального питания служат фосфор, сера и другие макро- и микроэлементы. Актиномицеты, как правило, культивируются при температуре 26-30°С, хотя некоторые виды стрептомицетов могут развиваться как при пониженных (от 0 до 18 °С), так и при повышенных (55-60 °С) температурах. Аэрация. Большинство изученных продуцентов антибиотиков являются аэробами. Для биосинтеза многих антибиотиков (пенициллин, стрептомицин и др.) максимальное их накопление происходит при степени аэрации, равной единице, при которой через определенный объем среды за 1 мин продувается такой же объем воздуха. В процессе развития продуцента антибиотика в промышленных условиях потребность организма в кислороде меняется в зависимости от стадии развития, вязкости культуральной жидкости и других факторов. На определенных стадиях могут возникнуть ситуации, связанные с кислородным голоданием продуцента. В этих условиях следует принимать дополнительные меры, например, повышение концентрации окислителя добавлением пероксида водорода. Наиболее перспективным методом выращивания микроорганизмов - продуцентов антибиотиков признан метод глубинного культивирования с использованием периодических процессов. В условиях глубинной культуры процесс развития организма и синтеза антибиотика проходит в две фазы. В первой фазе развития культуры или, как ее иногда называют, тропофазе (фаза сбалансированного роста микроорганизма), наблюдается интенсивное накопление биомассы продуцента, связанное с быстрым потреблением основных компонентов среды и с высоким уровнем поглощения кислорода. Во второй фазе развития, именуемой идиофазой (фаза несбалансированного роста микроорганизма), накопление биомассы замедлено или даже уменьшено. В этот период продукты метаболизма микроорганизма лишь частично используются на построение клеточного материала, они в основном направляются на биосинтез антибиотика. Обычно максимум продукции антибиотика в среде наступает после максимума накопления биомассы. Побочные действия Однако антибиотики — это не только панацея от микробов, но и сильные яды. Ведя на уровне микромира между собой смертоносные войны, с их помощью одни микроорганизмы безжалостно расправляются с другими. Человек подметил это свойство антибиотиков и использовал его в своих целях — начал расправляться с микробами их же собственным оружием, создал на основе природных сотни еще более мощных синтетических препаратов. И все же предначертанное антибиотикам самой природой свойство убивать по-прежнему неотъемлемо от них. Все антибиотики, без исключений, обладают побочными действиями! Это следует уже из самого названия таких веществ. Естественное природное свойство всех антибиотиков убивать микробы и микроорганизмы, к сожалению, невозможно направить на уничтожение только одного вида бактерий или микробов. Уничтожая вредные бактерии и микроорганизмы, любой антибиотик неминуемо оказывает такое же угнетающее воздействие и на все схожие с "врагом" полезные микроорганизмы, которые, как известно, принимают активное участие практически во всех процессах происходящих в нашем организме. Заключение Антибиотики объединяют вещества, вырабатываемые микроорганизмами или получаемые из других природных источников, а также в последнее время широко синтезируемые и обладающие химиотерапевтическим действием на возбудителей заболевания или оказывающие эффект при злокачественных новообразованиях. Число антибиотиков ежегодно возрастает. Если в 1945 году их насчитывалось 30, то в 1963 – 1500. Однако в практике используется около 80 антибиотиков, так как большая часть полученных антибиотических веществ оказалась или токсичной, или малоэффективной. Наблюдаемый демографический взрыв – резкое увеличение численности населения земного шара – некоторые ученые связывают с успехами антибиотикотерапии инфекционных заболеваний. Без сомнения, эра антибиотиков сыграла существенную роль в жизни современного человеческого общества, позволила спасти миллионы человеческих жизней. Недаром открытие антибиотиков сравнивают по значимости с открытием атомной энергии. Однако только трезвый подход как к проблеме лечения антибиотиками, его принципам, так и к роли антибиотикотерапии в современном обществе способен обеспечить правильное планирование выпуска антибиотиков и прогнозирование их эффективности в будущем. Список литературы 1. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология: Учебник для студентов медицинских вузов / Под. ред. А. А. Воробьева. - 2-е изд. - М. ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. - 704 с. 2. Тимаков В.Д., Левашев В.С., Борисов Л.В. Микробиология: Учебник. - 2-е изд. М.: Медицина, 1983, 512 с. 3.http://fictionbook.ru/author/aleksandr_sedov/medicinskaya_mikrobiologiya_konspekt_l ek/read_online.html?page=5 4. http://www.bigpi.biysk.ru/encicl/articl
