Антибіотики в мікробіології: класифікація, способи отримання та механізм дії

Хвороби переслідують людину весь час його існування. Багато хотіли б стати невразливими для різних хвороб, але, на жаль, це поки тільки наші бажання. Але робляться кроки, щоб наблизити той момент, коли ми звільнимося від гніту хвороб. Один з них належить мікробіології – це створення антибіотиків. Що вони собою являють? Які існують? Який механізм їх дії?

Загальна інформація

Почати слід з термінології. Антибіотики – це хіміотерапевтичні речовини, створювані мікроорганізмами, рослинами, тваринами клітинами плюс похідні та синтетичні продукти, що володіють виборчою здатністю затримувати ріст і пригнічувати різні шкідливі мініатюрні форми життя і пригнічувати розвиток злоякісних утворень.

З моменту їх відкриття Ерліхом вдалося отримати понад десяти тисяч зразків. Так що якщо когось цікавить загальноприйнята класифікація антибіотиків в мікробіології, то ми змушені вас засмутити – її не існує. Тому в даному випадку часто спираються на різні моменти, такі як хімічна будова, спектр дії, побічні ефекти і так далі. Але ж з допомогою чого-то орієнтуватися потрібно, вірно? І, як варіант – головне рекомендаційний ділення, яке будується на хімічному будову цих речовин.

Отже, в даному випадку найбільш популярними є (фтор) хінолони, нітрофурани, сульфаніламіди та імідазоли. Якщо відомо, що викликало захворювання, то першочергова увага приділяється спектру дії антибіотиків. Мікробіологія розрізняє п’ять груп препаратів, залежно від того, на які мікроорганізми вони впливають сильніше всього, в окрему групу виділяються протипухлинні медикаменти. Додатково, кожна з них ділиться на дві підгрупи. Це так звані антибіотики вузького і широкого спектру дії. До того ж виділяються окремі підгрупи цільового призначення. Чому так складно? Вся справа у відсутності єдиної системи класифікації медичних препаратів.

Проблеми при використанні

На жаль, ці речовини, незважаючи на свої привабливі сторони, часто володіють рядом недоліків різного ступеня небезпеки. Говорячи про глобальні речі, необхідно відзначити в першу чергу резистентність бактерій до антибіотиків. Мікробіологія намагається вирішити цю проблему, але, на жаль, недбале ставлення людей до лікування, зневажливе ставлення до терапії до повного одужання, ігнорування медичних вимог до прийому та ряд інших факторів роблять свою чорну справу.

Стійкість до антибіотиків постійно зростає. Як результат – виникають різні негативні наслідки начебто супербактерій, які не можуть бути вилікувані існуючими медикаментами. І в таких випадках доводиться сподіватися тільки на організм людини. Слід зазначити, що підвищення стійкості шкідливих патогенів – це цілком закономірний і очікуваний результат, який протікав би в будь-якому випадку. Питання тільки в тому, з якою швидкістю це відбувається.

У світі поширене застосування антибіотиків у вигляді невеликих курсів, для профілактики, проти вірусних хвороб (від яких вони, як правило, взагалі не допомагають, але про це детальніше далі) і ряді інших випадків, які в сукупності сприяють виникненню стійких штамів. Деякі хвороби доводиться лікувати за допомогою декількох препаратів одночасно, якщо під час цього процесу був допущений хоча б незначний перерву, то необхідно добирати вже інші препарати, щоб не послаблювати опірність організму.

До того ж не слід забувати про чутливість до антибіотиків. Мікробіологія ретельно вивчає цей аспект впливу і намагається мінімізувати шкідливий вплив на людський організм. Умовно, ці препарати діляться на кілька груп, залежно від небезпеки, що вони несуть для людей. Перша є нешкідливою, всі інші діють все сильніше і завдають більшої шкоди, адже ростуть побічні дії антибіотиків. Мікробіологія зробити їх зовсім безпечними, на жаль, не може. Тому ті, що найбільш шкідливі (і часто ефективні), застосовуються в останню чергу.

Різноманітність по об’єкту впливу

Розглянута далі класифікація антибіотиків в мікробіології використовується для того, щоб у випадках, якщо відомо, з чим доводиться мати справу ефективно і цільовим чином діяти на збудників хвороби. Одночасно вона є однією з найбільш популярних:

Антибактеріальні антибіотики. Вони формують найбільш численну групу препаратів. У ній переважають речовини широкого спектра дії, що впливають на всі три відділи бактерій. До них відносять тетрацикліни, аміноглікозиди та інші. Антибіотики вузького спектру дії, як можна здогадатися по їх назві, ефективні тільки по відношенню до невеликого колу бактерій. Наприклад, поліміксини пригнічують розвиток грациликутных, а ванкоміцин грампозитивних бактерій. Тут виділяють групи протитуберкульозних, протіволепрозних і противосифилитических препаратів.

Протигрибкові антибіотики. Тут вже не так багато препаратів. Також є антибіотики широкого і вузького спектру дії. В якості першого прикладу можна навести амфотерицин В, що ефективний при бластомикозах, аспергиллезах і кандидозах. Представником вузького спектру є ністатин, що впливає на гриби роду Candida.

Антипротозойні антибіотики. Це медичні препарати, які використовуються для придушення або знищення найпростіших. Їх не дуже багато.

Антивірусні антибіотики. Існує невелике число препаратів такого призначення. Слід зазначити, що є популярне оману, ніби антибіотики не діють на віруси. Це не так. Правильніше говорити, що переважна кількість антибіотиків не діє на віруси. Якщо застосовувати їх проти, скажімо, ГРВІ, то результату дійсно не буде. Адже слід використовувати спеціальні препарати.

Протипухлинні антибіотики. Вони представлені препаратами, які мають цитотоксичними діями. Більшість з них може бути застосовано проти великої кількості пухлин, наприклад – мітоміцин С.

Класифікація на основі механізму дії

Отже, ми знаємо, що ці кошти можуть вражати. А який механізм дії антибіотиків? Мікробіологія ретельно досліджувала це питання, і зараз можна впевнено сказати, що вони цінні завдяки здатності пригнічувати певні біохімічні реакції, які відбуваються в мікробній клітині. Давайте розглянемо це більш детально. У цьому випадку також виділяється п’ять груп:

Речовини, що порушують синтез клітинної стінки. В якості прикладу можна навести β-лактами. Особливістю цієї групи препаратів є те, що у них надзвичайно висока вибірковість дії. Так, вони вбивають виключно бактерії, тоді як клітини організму їх не цікавлять. Це пов’язано з тим, що останні в своєму складі не мають головного компонента стінки бактерій – пептидоглікану. Тому антибіотики цієї групи є найменш токсичними.

Речовини, що порушують синтез клітинних мембран і молекулярну організацію. В якості прикладу можна навести полиены і поліміксини.

Речовини, що порушують синтез білка. Це представники найчисленнішої групи препаратів. Специфіка їх дії полягає у викликанні порушень синтезу білка на різних рівнях. Серед представників цієї групи слід згадати аміноглікозиди, тетрацикліни, макроліди, левоміцетин.

Речовини, які є інгібіторами синтезу нуклеїнових кислот. Як приклад, можна виділити хінолони, які заважають формуванню ДНК. Або рифампіцин – перешкоджає синтезу РНК.

Речовини, що пригнічують формування пуринів і амінокислот. В якості прикладу можна назвати сульфаніламіди.

А як вони створюються?

Які є способи отримання антибіотиків? Мікробіологія в основному робить ставку на мікроорганізми, які перебуваючи в природному середовищі (ґрунті), синтезують антибіотики. Їх вони використовують в боротьбі за існування. Все це продуценти антибіотиків? Мікробіологія встановила, що рослинні і тваринні клітини також можуть виробляти речовини, що володіють селективним антимікробну дію. Найвідоміші з них – це фітонциди. Але слід зазначити, що в медицині вони широкого визнання, як продуценти, не отримали. Отже, природні і напівсинтетичні антибіотики виходять від таких організмів:

Актиноміцети – розгалужені бактерії. На них припадає більшість створюваних природних антибіотиків (близько 80%).

Цвілеві гриби. Нам цінна їх можливість синтезувати фузидиевую кислоту і природні бета-лактами.

Типові бактерії начебто бацили і псевдомонади. Вони створюють поліміксини, бацитрацин і ряд інших речовин, які негативно впливають на мікроорганізми.

Але просто взяти і з’їсти виробників – не можна, адже це загрожує побічними ефектами. Необхідно отримати тільки потрібні речовини. Для цього використовуються три основних способи:

Біологічний синтез. Саме таким чином отримують природні антибіотики. По суті, вони є натуральними продуктами ферментації. Для отримання необхідних антибіотиків в оптимальних умовах культивуються мікроби-продуценти, які виділяють все необхідне в процесі життєдіяльності.

Біосинтез і наступна хімічна модифікація. Саме таким чином і створюються напівсинтетичні антибіотики. Спочатку отримують природний продукт. Потім його первісна молекула змінюється за допомогою хімічних модифікацій. Наприклад, приєднуються певні радикали, завдяки чому поліпшуються фармакологічні та протимікробні характеристики препарату.

Хімічний синтез. Використовується для одержання синтетичних аналогів природних антибіотиків. В якості прикладу можна навести хлорамфенікол або левоміцетин.

Як мікроби отримують стійкість?

Антибиотикорезистентность – це ситуація, коли шкідливі фактори не знищуються медичними препаратами. Бактерії вважаються стійкими, якщо їх не можна знешкодити (умовно) безпечної концентрацією препарату в людському організмі. Резистентність буває придбана і природна. У першому випадку виявляється біологічна закономірність, яка пов’язана з адаптацією до умов зовнішнього середовища. Нехай і різною мірою, але вона справедлива для всіх мікроорганізмів і антибіотиків.

Слід зазначити, що до медичних препаратів з часом адаптуються все – від эукариотических форм до вірусів. Цей фактор особливо важливий у зв’язку з внутрішньолікарняними інфекціями. У них дуже часто спостерігається множинна стійкість, у медичній термінології звана полирезистентностью. Слід пам’ятати, що це властивість розвивається завжди, питання тільки в тому, з якою швидкістю.

Природна стійкість полягає в тому, що деякі мікроби вже не піддаються впливу певних сімейств антибіотиків. Це може бути результатом відсутньою мішені (мікоплазми не мають клітинної стінкою, тому вони нечутливі до препаратів, що діють на цьому рівні) або бактеріальної непроникності (грамнегативні мікроби можуть фільтрувати крупномолекулярные з’єднання). Тому, щоб оцінити ефективність використовуваних засобів, застосовуються методи визначення чутливості бактерій до антибіотиків. Мікробіологія має тут досить непогані напрацювання.

Як дізнатися, чи впливає препарат на шкідливі чинники?

Тут існують дві великі групи:

Методи розведення. В даному випадку використовується агар або рідке живильне середовище. Дана група методів базується на застосуванні подвійних послідовних розведень концентрації антибіотика, коли від максимального йдуть до мінімального. Наприклад – 100 мкг/мл, 50, 25 і так далі до тих пір, поки досліджуваний препарат не перестане бути ефективним. Його в різних концентраціях вносять в рідку живильне середовище або агар. Потім приходить черга бактеріальної суспензії певної щільності. Її поміщають на поверхню агару або в бульйон з антибіотиком. Після інкубації в одну ніч при температурі 35-37 градусів за Цельсієм підводять підсумок. Якщо мікроорганізми розвивалися (бульйон помутнів або захопили додатково частина агару), то це свідчить про те, що застосовуваної концентрації недостатньо. По мірі того, як зростає концентрація антибіотика, мікроорганізми уповільнюють зростання. Перше найменше значення, при якому не фіксується збільшення їх числа, вважається порогом. Він називається мінімальною переважною концентрацією. Вимірюється в мг/л або мкг/р. Це дуже прості способи, які дозволяють дізнатися чутливість. М. О. до антибіотиків. У мікробіології ці способи одержали широке поширення.

Дифузійні методи. Використовуються диски з антибіотиками або Е-тести. Отже, спочатку перший варіант. У такому разі розміщують агар в чашки Петрі. На нього наносять бактеріальну суспензію певної щільності. Після цього в неї поміщають диски, що містять певну кількість антибіотика. Дифузія призводить до того, що формуються зони пригнічення росту мікроорганізмів. Вони розміщуються близько дисків. Потім необхідно забезпечити інкубацію чашок на ніч в термостаті, підтримуючи температуру в 35-37 градусів тепла за Цельсієм. Після цього результат вивчається за допомогою вимірювання діаметра пригніченою зони близько диска. Подібним способом проводиться і Е-тест. Відмінність тільки в тому, що замість диска використовують смужку, що містить градієнт концентрації антибіотика, починаючи від максимальної дози і закінчуючи мінімальної. У місці, де перетинається еліпсоподібний зона пригнічення росту, і знаходиться значення мінімальної переважної концентрації. Недоліком даного підходу є висока вартість смужки.

Як можна помітити, друга група дозволяє істотно полегшити і прискорити процес. Але якщо потрібно швидке визначення чутливості бактерій до антибіотиків, мікробіологія пропонує досить непоганий вибір на будь-який смак та кошти.

Бактеріофаги

Тут слід зробити невеличкий відступ. А саме про антибіотики і бактеріофаги в мікробіології. Суттєвим недоліком перших є те, що вони мають побічні ефекти. Багатьох вчених цікавить, як їх мінімізувати. Хтось пробує їх удосконалити, інші ж шукають альтернативу. І одна з них – це бактеріофаги. Що цікаво, то саме вони розглядалися як пріоритетний напрямок у медицині початку двадцятого століття. Але після того, як були відкриті антибіотики, вони відійшли навіть не на другий, а на третій план.

По суті, це активні і живі віруси, що уражають бактерії. Як відомо, вони можуть розмножуватися тільки з допомогою живої клітини. І фаги для цього використовують шкідливих мікробів. Серед їх переваг слід згадати низьку ймовірність розвитку резистентності. І вони не є винайденим засобом. Ці мікроорганізми вважають найдавнішою формою вірусів. Вони досить широко поширені в зовнішньому середовищі, в якій активно знищують різні бактерії. До того ж вони працюють з певним видом, тобто не впливають на інші мікроорганізми. Наприклад, кисломолочні бактерії, які потрібні нам для процесу перетравлювання їжі. І одночасно фаги вельми ефективні.

Наприклад, на 90% штамів стафілококів є свої «мисливці». А якщо пам’ятати, що в безпеці перебуває корисна мікрофлора, на відміну від антибіотиків, то це взагалі відмінний варіант. Бактеріофаги не взаємодіють з іншими речовинами, вони не впливають на процеси, що відбуваються в організмі, тому можуть бути призначені дітям, вагітним, людям з хворими нирками.

Які є нюанси?

Механізм дії антибіотиків у мікробіології часто призводить до виникнення алергічної реакції, причому дуже часто до виникнення тяжкої форми недуги. На віруси імунна система так не реагує. Але тим не менш бактеріофаги є тільки умовним аналогом для антибіотиків. Прописуються вони досить рідко. Це пов’язано з рядом проблем. Наприклад, вузькою спеціалізацією ліки. Ще один суттєвий мінус – це тривалість курсу. Так, для антибіотиків досить і одного тижня, а є й такі, які приймаються всього три дні. Тоді як лікування бактеріофагами вимагає місяці, та й сам курс розбивається на кілька етапів.

Запобігання дисбактеріозу – це корисна властивість фагів, але в деяких випадках це суттєвий мінус. Наприклад, деякі бактеріальні інфекції можуть розвиватися стрімко (особливо у дітей), і в цьому випадку потрібна екстрена допомога. В таких випадках ще до отримання аналізів, лікарі прописують антибіотики широкого спектру дії. І на той момент, коли стає відомий діагноз, лікування вже йде. З бактеріофагами зробити так неможливо.

Правила безпечного використання

Застосування антибіотиків у медицині та мікробіології дозволило досягти вражаючих результатів. Але до перемоги над шкідливими формами життя ще далеко. Найбільшу небезпеку представляє розвиток антибіотикорезистентності. Попередити цей процес практично неможливо. Тому необхідно використовувати доступні препарати таким чином, щоб не сприяти розвитку та подальшому поширенню стійкості. Адже отримання антибіотиків мікробіологією скоро не буде встигати за появою нових штамів. Як цього домогтися? Для цього необхідно застосовувати медичні препарати виключно за показаннями та не використовувати з профілактичною метою. Після 10-15 днів терапії потрібно змінювати антибіотик, по можливості використовуючи препарат, що володіє вузьким спектром дії.

Не зайвим буде обмежити їх застосування в ветеринарії і не використовувати як фактор зростання. До речі, методи визначення чутливості до антибіотиків у мікробіології не дозволяють дізнатися, які будуть побічні дії на організм, який лікується з їх допомогою. Причому вплив може бути не тільки на людину, але і на мікробів, а також на дію інших лікарських засобів. В першу чергу необхідно згадати про токсичний ефект. Він залежить від препарату, застосованої дози, способу введення, стану хворого. На жаль, але методи визначення чутливості до антибіотиків у мікробіології не можуть цього передбачити. Дізнатися це можна, тільки провівши клінічні випробування на людях.

Часто ускладнення зустрічаються тоді, коли в якості мішені виступають структури або процеси, близькі до наявних у клітинах макроорганізму. Токсичний ефект найбільше впливає на дітей, вагітних і людей, у яких спостерігається порушення функцій нирок і печінки. Яким чином воно проявляється? Результатом може бути нейротоксичну, нефротоксичну, загальнотоксичну дію, пригнічення кровотворення і ряд інших дисфункцій організму. Крім цього, слід згадати про дисбактеріоз і ендотоксичний шок. Так що жартувати з ними не потрібно.