Мікробний антогонізм як основа використання антибіотиків

Міністерство освіти і науки України

Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка

Хіміко-біологічний факультет

Кафедра загальної біології

КУРСОВА РОБОТА

МІКРОБНИЙ АНТОГОНІЗМ ЯК ОСНОВА ВИКОРИСТАННЯ АНТИБІОТИКІВ

Виконала:

студент ІV курсу

Івченко І.М.

Науковий керівник:

к. б. н, доц. кафедри

загальної біології

Смикун Н.В.

Чернігів - 2008

Зміст

Вступ
Розділ 1 Мікробний антогонізм: види та механізм дії

1.1 Поняття про мікробний антогонізм
1.2 Основні види антогонізму
1.3 Антагонізм у світі мікробів
1.4 Механізм мікробного антагонізму

Розділ 2 Антибіотики та їх використання

2.1 Роль антибіотиків у біоценозах
2.2 Поняття про антибіотики
2.3 Дія антибіотиків на мікроорганізми
2.4 Основні вимоги до антибіотиків

Висновки
Список використаних джерел

Вступ
Постійне удосконалення технологій і рецептур продуктів, що випускаються, привело до створення пробіотиків, що у сучасних умовах займають ведуче місце в профілактиці і комплексній терапії цілого ряду захворювань. Дії цих біологічних препаратів засновано на такому явищі як "мікробний антагонізм". Як нормальна флора вони інгибують ріст інших мікроорганізмів (патогенних і умовно-патогенних) у результаті конкуренції за джерело живлення, змінюють рН і вміст оксигену, тим самим знижуючи їхній рівень до стану, при якому патогенна флора гине.

Причини антагоністичної дії або самого механізму цього біологічного явища досить різноманітні. Ще Пастер стверджував, що припинення розмноження і загибель бактеріальних клітин у старих культурах, як і гноблення одного виду бактерій іншими в змішаних культурах або у тваринному організмі, обумовлюються виснаженням харчових властивостей середовища. Ця "теорія виснаження поживного" середовища - найбільш проста і сама рання зі спроб пояснення феномена антагонізму бактерій.

В даний час більшість дослідників пояснюють прояв антагоністичних впливів переважно особливими продуктами обміну, виділеними антагоністами.

Мета роботи полягає в тому, щоб охаратктеризувати мікробний антогонізм, йогов иди та застосування в антибіотикотерапії.

Основними завданнями роботи є:

1) дати характеристику мікробного антогонізму;

2) охарактеризувати основні види антогонізму та механізм дії;

3) розглянути застосування мікробного антогонізму при використанні антибіотиків.

Розділ 1 Мікробний антогонізм: види та механізм дії
1.1 Поняття про мікробний антогонізм
Антагонізм мікробний - пригнічення життєдіяльності одного мікроба іншим. Одна з форм взаємин мікробів в асоціаціях. Антагонізм мікробний є принциповою основою одержання і застосування антибіотиків. Антагонізм мікробів широко використовується у ветеринарії для профілактики і лікування різних хвороб, головним чином шлунково-кишкових. Наприклад, багато штамів кишкової палички здатні привокувати розвиток і знищувати стрептококів, стафілококів, сибіреязвенних паличок, сальмонел, збудників злоякісного набряку туберкульозу.

У 1929 Олександр Флемінг, спостерігаючи антагонізм Penіcіllіum notatum і стафілокока в змішаній культурі, відкрив пеніцилін і припустив можливість його застосування в лікувальних цілях. Антагоністичні відносини між хвороботворними для рослин мікробами і непатогенними мікроорганізмами ґрунту, виявлені в змішаних культурах, зацікавили фітопатологів, і вони спробували використовувати цей феномен для боротьби з хворобами рослин. Було відомо, що в ґрунті присутній певний грибок, що зменшує відпрівання паростків; у 1936 з культури цього грибка був виділений антибіотик, що одержала назву гліотоксин. Це відкриття підтвердило значення антибіотиків як засобу профілактики захворювань.

Серед перших дослідників, що зайнялися цілеспрямованим пошуком антибіотиків, був Р.Дюбо. Проведені ним і його співробітниками експерименти привели до відкриття антибіотиків, вироблюваних деякими ґрунтовими бактеріями, їх виділенню в чистому вигляді і використанню в клінічній практиці. У 1939 Дюбо одержав тиротрицин - комплекс антибіотиків, що складається з граміцидину і тироцидину; це стало стимулом для інших учених, що знайшли ще більш важливі для клініки антибіотики. У 1942 Х.Флори зі своїми колегами по Оксфордскому університету повторно досліджував пеніцилін і довів можливість його клінічного використання як нетоксичного засобу лікування багатьох гострих інфекцій. Тоді ж ці речовини почали називати антибіотиками. З.Ваксман зі своїми студентами в Університеті Ратджерса, США, займався актиноміцетами (такими, як Streptomyces) і в 1944 відкрив стрептоміцин, ефективний засіб лікування туберкульозу й інших захворювань. Після 1940 була отримана велика кількість клінічно важливих антибіотиків, у їх числі бацитрацин, хлорамфенікол (левоміцетин), хлортетрациклін, окситетрациклін, амфотерицин В, циклосерин, еритроміцин, гризеофульвін, канамицин, неоміцин, нистатін, полімиксин, ванкоміцин, віоміцин, цефалоспорини, ампіцилін, карбеніцилін, аміноглікозиди, стрептоміцин, гентамицин. В даний час відкривають все нові і нові антибіотики. У середині 1980-х років у США антибіотики прописувалися частіше, ніж будь-які інші ліки, за винятком седативних засобів і транквілізаторів.

В одних випадках під впливом антагоністів мікроби перестають рости і розмножуватися, в інші - клітини їх лізуються, розчиняються, у третіх - гальмуються або зупиняються біохімічні процеси усередині клітин, наприклад дихання, синтез амінокислот. Найбільш різко антагонізм виявляється в актиноміцетів, бактерій і грибів. Синьогнойна паличка активно пригнічує паличку чуми; актиноміцети, що виділяють нистатин, пригнічують ріст дріжджових організмів.

1.2 Основні види антогонізму
Антагонізм 1 (греч. antagonіsma боротьба, суперництво) речовин - і вид взаємодії речовин (амінокислот, вітамінів, лікарських речовин) в організмі, що характеризується тим, що однин з них послабляє дію іншого.

Антагонізм абсолютний - антагонізм, при якому ефект спільної дії речовин менше, ніж ефект кожного з них, що діють порізно.

Антагонізм двосторонній - антагонізм, при якому кожна з двох речовин послабляє або знімає дію іншої.

Антагонізм конкурентний - антагонізм прямої дії, при якому речовини оборотно взаємодіють з тими самими рецепторами клітин.

Антагонізм неконкурентний - антагонізм, при якому одна з взаємодіючих речовин діє на рецептор поза його активним центром.

Антагонізм непрямий - антагонізм, при якому дія речовин спрямована на різні клітинні елементи.

Антагонізм нерівноважний - антагонізм, при якому одна з речовин взаємодіє з рецепторами необратимо.

Антагонізм однобічний - антагонізм, при якому дія однієї речовини знімає дія іншої, але не навпаки.

Антагонізм відносний - антагонізм, при якому ефект спільної дії речовин більший, ніж окремі ефекти кожного з них, але менше суми ефектів тих же речовин, що діють порізно.

Антагонізм спрямований - антагонізм, при якому дія речовин спрямована на ті самі клітинні елементи.

Антагонізм 2 мікробів - тип взаємин між мікроорганізмами, що характеризується тим, що при спільному існуванні мікроорганізми одного виду пригнічують життєдіяльність інших мікроорганізмів.

Антагонізм 3 функціональний - умовна протилежність функцій органів або систем організму, що беруть участь в одночасній сполученій діяльності.

1.3 Антагонізм у світі мікробів
З явищем антагонізму у світі мікробів було зв'язане відкриття антибіотиків.

Антагонізм широко розповсюджений у природних мікробних популяціях, що складаються з бактерій, грибів, актиноміцетів, дріжджів, водоростей, найпростіших і інших мікроорганізмів. Значне поняття антагонізму включає і такі форми взаємин, як конкуренція, хижацтво, паразитизм. Нас у даному випадку цікавить антагонізм у вузькому змісті, тобто антагонізм, обумовлений утворенням антимікробних речовин і, зокрема, антибіотиків. Взаємини, обумовлені продукцією будь-яких антимікробних речовин, можна назвати активним або прямим антагонізмом. На відміну від його існує пасивний, або непрямий, антагонізм, при якому придушення одних мікроорганізмів відбувається за рахунок зміни іншими мікробами умов навколишнього середовища в несприятливу для розвитку сторону. Антагонізм може бути однобічним (мікроорганізм придушує розвиток свого конкурента, не реагуючи на вплив суперника) і двостороннім (відбувається взаємне гноблення мікроорганізмів у співтоваристві). Існує ще поняття спрямованого (насильницького), або змушеного, антагонізму. За цих взаємин спостерігається утворення антимікробних речовин (імовірно, різної природи, що володіють різним механізмом дії) тільки при спільному вирощуванні двох різних мікроорганізмів, що в умовах ізольованого культивування цих речовин не утворюють. Антагонізм між мікроорганізмами можна спостерігати й у лабораторних умовах. Активність продуцентів антибіотиків звичайно виражають масою антибіотика, що міститься в одиниці об'єму поживного середовища в якій вирощували продуцент.

Рис. 1. Синергізм у мікробів. Навколо агарового блоку з культурою актиномпцета видна зона стимуляції росту цвілевого гриба.

Термін "антибіотики", або "антибіотичні речовини", запропонований у 1942 р. Ваксманом, спочатку позначав хімічні сполуки, утворені мікроорганізмами, що мають здатність пригнічувати ріст і навіть руйнувати бактерії й інші мікроорганізми. Це визначення, як виявилося згодом, не зовсім точне, тому що в число антибіотиків потрібно було б уключити речовини мікробного походження, що спричиняють не специфічну, а загальну антисептичну або консервативну дію, на живі клітини. До таких речовин відносяться, зокрема, спирти, органічні кислоти, перекиси, смоли й ін. До того ж антибактеріальна дія цих сполук виявляється тільки у відносно високих концентраціях. До антибіотиків варто відносити тільки такі речовини, що у певних кількостях виявляють специфічну (вибіркову) дію на окремі ланки обміну речовин мікробної клітини. Пізніше в тканинах вищих рослин і тварин були знайдені сполуки, здатні в малих кількостях специфічно пригнічувати ріст мікробів. Більш того, було показано, що деякі подібні антибіотики (наприклад, цитринін) можуть синтезуватися як мікробами, так і вищими рослинами. Таким чином, коло організмів-продуцентів антибіотичних речовин розширився, що також повинно було знайти відображення в терміну "антибіотики". Установлення структури молекул багатьох антибіотиків дозволило здійснити хімічний синтез ряду цих сполук без участі організмів-продуцентів.

Рис. 2. Приклад антагонізму в мікробів. Видна зона придушення росту стафілококу навколо агарового блоку з культурою актиноміцету.

Подальший етап розвитку хімії антибіотиків - зміна (трансформація) молекул цих сполук для одержання похідних, що володіють рядом переваг у порівнянні з вихідними препаратами. Такий напрямок досліджень пояснюється в основному двома причинами: необхідністю зниження токсичності антибіотиків при збереженні їх антибактеріальної дії; боротьбою з інфекційними захворюваннями, викликуваними стійкими до широко застосовувалися антибіотикам формами патогенних мікроорганізмів. Переваги похідних антибіотиків у порівнянні з вихідними виявляються також і в зміні розчинності, подовженні терміну циркуляції в організмі хворого і т.д..

Одержати похідні антибіотиків можна за допомогою як хімічного, так і біологічного синтезу. Відомий і комбінований спосіб одержання препаратів. У цьому випадку ядро молекули антибіотика формується при біосинтезі за допомогою відповідних мікроорганізмів-продуцентів, а "добудування" молекули здійснюється методом хімічного синтезу. Отримані цим способом антибіотики називаються напівсинтетичними. Так були отримані і знайшли широке застосування в клініці досить ефективні напівсинтетичні пеніциліни (метицилін, оксацилін, ампіцилін, карбеніцилін) і цефалоспорини (цефалотин, цефалоридин) з новими в порівнянні з природними антибіотиками цінними терапевтичними властивостями.

Усі ці дані, накопичені в процесі становлення і розвитку науки про антибіотики, потребували уточнення терміна "антибіотики". В даний час антибіотиками варто називати хімічні сполуки, утворені різними мікроорганізмами в процесі їх життєдіяльності, а також похідні цих сполук, що володіють здатністю в незначних концентраціях вибірково пригнічувати ріст мікроорганізмів або викликати їх загибель. Цілком імовірно, що і це формулювання з подальшим прогресом антибіотичної науки буде уточнюватися.

В перші роки після відкриття антибіотиків їх одержували з використанням методу поверхневої ферментації. Цей метод полягав у тому, що продуцент вирощували на поверхні поживного середовища у плоских суліях (матрацах). Щоб одержати помітні кількості антибіотика, були потрібні тисячі матраців, кожний з яких після зливу культуральної рідини необхідно було мити, стерилізувати, заповнювати свіжим середовищем, засівати продуцентом і інкубувати у термостатах. Малопродуктивний спосіб поверхневої ферментації (поверхневого біосинтезу) не міг задовольнити потреб в антибіотиках. У зв'язку з цим був розроблений новий високопродуктивний метод глибинного культивування (глибинної ферментації) мікроорганізмів - продуцентів антибіотиків. Це дозволило в короткий термін створити і розвити нову галузь промисловості, що випускає антибіотики у великих кількостях.

Метод глибинного культивування відрізняється від попередніх тим, що мікроорганізми-продуценти вирощують не на поверхні поживного середовища, а у всій її товщі. Вирощування продуцентів ведуть у спеціальних чанах (ферментаторах), ємність яких може перевищувати 50 м3. Ферментатори мають пристосування для продування повітря через поживне середовище і мішалками. Розвиток мікроорганізмів-продуцентів у ферментаторах відбувається при безперервному перемішуванні живильного і середовища подачі кисню (повітря). При глибинному вирощуванні в багато разів у порівнянні з вирощуванням продуцента на поверхні середовища збільшується нагромадження біомаси (з розрахунку на одиниця об'єму поживного) середовища, а виходить, і зростає вміст антибіотика в кожному мілілітрі культуральної рідини, тобто підвищується її антибіотична активність.

Виробнича схема біосинтезу будь-яких антибіотиків включає наступні основні стадії: ферментацію, виділення антибіотика і його хімічне очищення, сушіння антибіотика і приготування лікарської форми. Для здійснення ферментації - біохімічного процесу переробки сировини - необхідно мати поживне (середовище, сировина) і мікроорганізми, що переробляють цю сировина. Підняттю продуктивності антибіотичної промисловості, крім впровадження в практику глибинної ферментації, у значному ступені сприяло використання для біосинтезу нових високопродуктивних штамів-продуцентів. Для їх одержання були розроблені спеціальні методи селекції. Унаслідок великої варіабельності продуцентів і швидкої втрати ними вихідних властивостей (особливо рівня антибіотичної активності) необхідно було розробити методи збереження продуцентів і підтримки активності, а також способи приготування посівного матеріалу для засівання величезних обсягів поживного середовища у ферментерах.

Бактерії й актиноміцети - продуценти антибіотиків

Серед бактерій найбільш часте явище антагонізму зустрічається в спороносних паличок, що належать до роду Bacіllus (В. subtіlіs, Вас. mesenterіcus, В. brevіs, В. polymyxa і ін.), і неспороносних з роду Pseudomonas (P. fluorescens і ін.). З культури неспороносної бактерії антибактеріальна речовина піоціаназа була виділена Р. Еммеріхом і О. Лоу наприкінці минулого століття. Пізніше були виявлені антибіотичні речовини в культурах молочнокислих стрептококів, мікрококів, азотобактера й ін. Як приклад можна назвати кілька антибіотиків, утворених різними бактеріями:

Організм-продуцент	Антибіотик
Bacіllus brevіs	грамицидин і тироцидин
Bacіllus brevіs var. G.-B.	грамицидин 3
Bacіllus subtіlіs, Вас. mesenterіcus	субтплин, бацитрацин
Bacіllus polymyxa	полимиксин
Pseudomonas pyocyanea	пиоцианин
Streptococcus lactіs	низин

Самою багатої антагоністами групою ґрунтових мікроорганізмів виявилася група променистих грибків, актиноміцетів, а серед них - представники роду Actіnomyces. Переважна більшість антибіотиків, що знайшли застосування в медицині і народному господарстві, отримано саме з цієї групи мікроорганізмів.

Численними роботами дослідників установлено, що актиноміцети-антагоністи зустрічаються в різних природних субстратах, але більше всього їх у ґрунті (до декількох мільйонів у 1 г). У деяких ґрунтах можна знайти порівняно невелику кількість актиноміцетів, але майже усі вони виявляються антагоністами. Установлено, що в окультурених, добре угноєних ґрунтах зустрічається більше актиноміцетів-антагоністів, ніж у ґрунтах цілинною, бідних органічною речовиною, малородючих ґрунтах. Багато антагоністів було виявлено Н. А. Красильниковим у ґрунтах південних посушливих районів. Крім кліматичних і географічних умов, на вміст актиноміцетів-антагоністів у ґрунтах впливають також сезонність, рослинний покрив, мікробне населення, вологість, кислотність і тип ґрунту, забезпечення її киснем і багато інших факторів.

1.4 Механізм мікробного антагонізму
Механізми мікробного антагонізму різні. Механізм антагонізму різний і в багатьох випадках не зрозумілий. Найчастіше антагоністи діють на конкурентів продуктами обміну речовин, у тому числі антибіотиків, або витісняють їх унаслідок більш інтенсивного розмноження або переважно споживання їжі. Ще в 19 ст. неодноразово намагалися використовувати явище антагонізму для лікування хвороб, викликаних бактеріями, але не мали успіху, тому що працювали з неочищеними препаратами. Мікроби-антагоністи широко використовуються у виробництві антибіотиків.

Вони можуть бути зв'язані з конкуренцією за кисень і поживні речовини, зі зміною рН середовища убік, несприятливий для конкурента, і т.д. Одним з універсальних механізмів мікробного антагонізму є синтез хімічних речовин-антибіотиків, що пригнічують ріст і розмноження інших видів мікроорганізмів (бактеріостатична дія), або вбивають їх (бактерицидна дія).

Розділ 2 Антибіотики та їх використання
2.1 Роль антибіотиків у біоценозах

Однієї з характерних рис антибіотиків є вибірковість дії - кожен антибіотик діє на визначений набір видів мікроорганізмів, тобто має свій специфічний антимікробний спектр дії. Наприклад, актиноміцети, що належать до виду Actіnomyces streptomycіn, пригнічують ріст грампозитивних і грамнегативних бактерій, мікобактерій, деяких видів дріжджів і грибів. Actіnomyces levorіs не пригнічує ріст бактерій, але пригнічує розвиток дріжджів, деяких дріжжоподібних організмів, міцеліальних грибів і т.д. Антимікробний спектр дії - один з таксономічних ознак у систематику актиноміцетів, що служать для розмежування видів. Вироблювані актиноміцетом антибіотики не пригнічують розвитку власної культури навіть у концентраціях, що у багато разів перевищують мінімальну концентрацію, яка пригнічує ріст інших мікроорганізмів.

Страницы: 1, 2

В соцсетях