Признаки антибиотиков
Используемые в качестве действующих веществ пестицидов антибиотики, как и все прочие антибиотические вещества – специфические продукты жизнедеятельности микроорганизмов или их модификации, характеризующиеся высокой физиологической активностью по отношению к определенным группам микробов (бактериям, грибам, вирусам, водорослям, протозоа), избирательно ингибирующие их рост или полностью подавляющие развитие[4].
Комплекс полиоксинов
Антибиотики – не промежуточные продукты обмена веществ организмов, а конечные продукты обмена. Они накапливаются внутри клеток и выделяются в окружающую среду[4].
В соответствии с данным определением понятия «антибиотик» к данному химическому классу веществ относятся химические и биологические модификации молекул природных соединений антибиотиков, полученные путем замены в них каких-либо радикалов (группировок). В частности в результате модификации пенициллина, цефалоспорина, тетрациклина и других природных антибиотиков получили широкий круг новых соединений с более ценными свойствами[4].
Все антибиотики характеризуются тремя основными признаками:
- Биологическая активность в отношении чувствительных микроорганизмов. То есть в отличие от органических кислот, спиртов и им подобных соединений, способных подавлять рост микроорганизмов, антибиотики даже в низких концентрациях проявляют высокий физиологический эффект. В частности пенициллин в концентрации 10-6 г/мл оказывает выраженное бактерицидное действие по отношению чувствительным бактериям[4].
- Избирательность действия. Каждое антибиотическое вещество проявляет биологическое действие только по отношению к определенным организмам или группам организмов. На другие формы живых существ заметного эффекта не оказывается. В частности, бензилпенициллин способен задержать развитие только некоторых грамположительных бактерий (кокков, стрептококков и др.), а на грамотрицательные бактерии, грибы или другие группы организмов влияние не оказывает и практически нетоксичен для человека и животных[4].
- Иммуномодуляторное действие. Отдельные антибиотики наряду с антибактериальными свойствами проявляют иммуномодуляторное действие или выступают в качестве ингибиторов ферментов, инактивирующих практически значимые антибиотические вещества[4].
Единицы биологической активности антибиотиков
Величина биологической активности антибиотика (противобактериальной, антифунгальной и прочее) выражают в условных единицах, определяемых как содержание в 1 мл раствора (ед/мл) или в 1 мг препарата (ед/мг). За единицу антибиотической активности принимется минимальное количество антибиотического вещества, способное ингибировать развитие или задержать рост определенного числа клеток стандартного штамма тест-микроба в единице объема питательной среды. В частности за единицу антибиотической активности бензилпенициллина принимают минимальное количество вещества способное задержать рост золотистого стафилоккока (штамм 209) в 50 мл питательного бульона. Для стрептомицина этот показатель будет выражаться как минимальное количество антибиотика, задерживающее рост кишечной палочки в 1 мл питательного бульона[4].
Получение антибиотиков в химически чистом виде предоставило возможность выразить единицы биологической активности в единицах массы. В частности 1 мг чистого основания стрептомицина эквивалентно 1000 ед. биологической активности. Таким образом 1 ед активности стрептомицина – это 1 мкг чистого основания данного вещества. В настоящее время чаще всего количество стрептомицина выражают в мкг/мг и мкг/мл. Чем ближе число мкг/мг в препаратах стрептомицина к 1000, тем чище данный препарат и тем меньше в нем балластных веществ[4].
Основные принципы классификации антибиотиков
Существует несколько основных подходов к систематизации описанных в литературе антибиотиков:
- Классификация по биологическому происхождению.
- Классификация по механизму биологического действия.
- Классификация по спектру биологического действия.
- Классификация по химическому строению.
Выбор классификации на практике определяется профессиональными интересами ученых. В частности, биологи чаще всего классифицируют данные вещества по принципу их биологического происхождения, ученые, изучающих механизмы действия – по биологическому действию, химики – по химическому строению, врачи – по спектру биологического действия[4].
Каждый принцип имеет свои достоинства и недостатки. В частности, классификация по биологическому происхождению, не учитывает, что близкие по строению и биологическому действию вещества могут продуцироваться организмами, принадлежащими к разным группам. Отмечается, что и организмы, принадлежащие к одной группе, в частности актиномицеты, вырабатываю различные по химическому строению антибиотики. В одну группу антибиотиков, являющихся одним классом химических соединений, входят вещества, образующиеся разными группами организмов[4].
В связи с таким положением при различных подходах классификаций близкие или даже идентичные вещества могут быть отнесены к различным группам[4].
Антибиотики – действующие вещества пестицидов
Значительное количество антибиотиков используется в медицине для борьбы с микробными инфекциями. Некоторые – применяют в качестве консервантов. «Кормовые» антибиотики добавляют в корм сельскохозяйственных животных для лучшего усвоения пищи и прибавки в весе. В биологических и молекулярных исследованиях они используются в качестве селективных ингибиторов разнообразных клеточных функций[6].
Расширяется использование антибиотиков в растениеводстве. Плюсы использования в данной отрасли – эффективность в низких концентрациях, безвредность для теплокровных организмов[6].
На территории России, в качестве пестицидов разрешено использование следующих антибиотических веществ:
- Авермектины (avermectins) – продуцируются культурой Streptomyces avermitilis, относятся к подгруппе 16-членных макролидов. К классу авермектины относятся действующие вещества пестицидов: аверсектин С; эмамектина бензоат; абамектин; авертин N[2][4]. По механизму действия авермектины относят к препаратам, нарушающим функцию нервной системы, согласно классификации IRAC, они относятся к группе 6 – аллостерические модуляторы глумат-зависимых хлоридных каналов[10]. Подробнее – в статье «Авермектины».
- Валидамицин (validamycin) – продуцируется актиномицетом Streptomyces hygroscopicus subsp. Limoneus. Применяется в качестве одного из действующих веществ в составе микробиологического фунгицида Метабактерин, СП для защиты яровой пшеницы и ярового ячменя от заболеваний, вызванных фитопатогенными грибами[2][4]. Механизм действия – ингибитор фермента трегалаза[7]. Согласно классификации FRAC, валидамицин относится к группе U Неизвестный способ действия, U 18 Неизвестно (ингибирование трегалазы), Химическая группа: глюкопиранозильные антибиотики (glucopyranosyl antibiotic)[9]. Подробнее – в статье «Валидамицин Str hygroscopicus subsp «limoneus» ВКПМ АС-1966».
- Комплекс полиоксинов (polyoxins) – комплекс антибиотиков, продуцируемых Streptomyces cacaoi состоит из смеси 14 соединений. Применяется в качестве действующего вещества фунгицида Полар 50, ВГ[2][4]. Механизм действия – ингибитор синтеза хитина клеточной стенки широкого спектра видов фитопатогенных грибов, относящихся к родам Alternaria, Cochliobolus, Pircularia[1]. Согласно классификации FRAC, полиоксин (polyoxin) относсят к группе H Ингибиторы биосинтеза клеточной стенки, H4 Хитинсинтаза. Группа 19 Полиоксины. Химическая Группа: пептидилпиримидиновый нуклеозид[9]. Подробнее – в статье «Комплекс полиоксинов».
- Фитобактериомицин – комплекс антибиотиков, образованный культурой актиномицета Streptomyces lavendulae, шмамм 696. Относится к группе стрептотрицинов. Подавляет грамположительные и грамотрицательные бактерии и некоторые фитпатогенные грибы. Используется в препаратах: Фитолавин, ВРК, Стрекар, КС[2][4]. Подробнее – в статье «Фитобактериомицин».
- Макролидный тилозиновый комплекс – продуцирует актиномицет Streptomyces fradiae. Антибиотическик вещества, входящие в данный комплексотносятся к 16-членным макролидамиактивны преимущественно в отношении грамположительных организмов. Используется в препарате Фитоплазмин, ВРК[2][4]. Подробнее – в статье «Макролидный тилозиновый комплекс».
- Касугамицин – продуцируется актиномицетом Streptomyces kasugaensis. Используется в препарате Касумин 2Л, ВР[2][4]. Механизм действия – способность молекул связывать 3 OS-субъеденицу прокариотической рибосомы и вызывать ошибки трансляции, приводящие к остановке синтеза полипептидных цепей и подавлению жизнедеятельности болезнетворных микроорганизмов[6]. Согласно классификации FRAC, касугамицин относят к Группе D Ингибиторы синтеза аминокислот и белка. Группа D3 синтез белка (рибосома, стадия инициации). Группа 24 Гексопиранозильный антибиотик. Химическая группа: Гексопиранозильный антибиотик[9]. Подробнее – в статье «Касугамицин».
- Streptomyces sp. штамм 3NN – изолят актиномицета рода Streptomyces, конечные продукты обмена которого обладают инсектоакарицидной активностью[7]. Механизм действия предположительно, как и у прочих продуктов актиномицетов рода Streptomyces, заключается в воздействии на периферическую нервную систему, что вызывает паралич у насекомого-мишени[7]. В классификацию IRAC не включен[10]. Подробнее в статье «Streptomyces sp. штамм 3NN».
- Спиносад – смесь спинозинов A и D, вырабатываемых почвенным актиномицетом Saccaropolyspora Spinoza Mertz. e. Jau. Спинозины активируют модуляторы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов, вызывая перевозбуждение в нервной системе насекомых. По классификации IRAC относятся к группе 5 Аллостерические модуляторы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов – сайт I[8][10]. Подробнее – в статье «Спиносад».
Получение
Промышленное производство антибиотиков включает ряд последовательных операций:
- получение высокопродуктивных штаммов-продуцентов,
- разработка наиболее благоприятных условий культивирования продуцента антибиотика с максимальным биосинтезом этого вещества,
- подбор и внедрение в практику соответствующих методов выделения и очистки антибиотика, создание готовых препаратов и контроль их качества[3].
Каждый этап обеспечивается соответствующими специалистами (генетиками, микробиологами, технологами)[3].
Промышленным способом в настоящее время получают около 200 антибиотиков, при этом большинство препаратов – полусинтетические природные соединения, биологическая активность которых проявилась только после изменения внесенных в их молекулу, химическими или биотехнологическими методами[6].
История
Антибиотики открыли и получили сравнительно недавно, однако их роль в развитии современной цивилизации трудно недооценить.
1870 г. – врач и бактериолог Д. Сандерсон обратил внимание то что в среде с плесенью (пеницилином) бактерии не развиваются. Толкование этого явления он дал неправильное, но подтолкнул к тому, что в 1871 г и 1872 г Д. Листер провел серию опытов доказавших, что гриб Penicillium glaucum подавляет рост бактерий.Он пытался использовать это явление в клинической практике[4].
1871 г. – русский терапевт В.А. Манассеин (1841-1901), а в 1872 г. один из основоположников отечественной дерматологии А.Г. Полотебнов (1838-1908) показали, способность грибов из рода Penicillium задерживать в условиях in vivo развитие возбудителей ряда кожных заболеваний человека[4].
1877 г. – Л. Пастер и С. Джеберт сообщили, что аэробные бактерии подавляют рост Bacillus anthracis[4].
1894 году – И.И. Мечников (1845–1916) обратил внимание на возможность использования некоторых сапрофитных бактерий в борьбе с патогенными микроорганизмами[4].
1896 г. – Б. Гозио из культуральной жидкости Penicillium brevicompactum выделил микофеноловую кислоту (кристаллическое соединение), подавляющую рост возбудителя сибирской язвы[4].
1899 г – Р. Эммерих и О. Лоу сообщили об антибиотическом веществе, образуемом Pseudomonas pyocyanea, и назвали его пиоцианазой. Этот препарат, состоящий из смеси антибиотиков использовали в качестве местного антисептика[4].
1910-1913 гг. – О. Блэк и У. Альсберг выделили из гриба рода Penicillium пеницилловую кислоту, обладающую антимикробнымисвойствами[4].
1929 г – Александр Флеминг на культуре стафилококка обнаружил грибковую инфекцию, замедлившую рост бактерий[6].
1938 год – Говард Флори изучил и структуру вещества (пенициллина), вызвавшего остановку роста стафилококковых бактерий. Испытания на животных прошли успешно, но были прерваны Второй мировой войной[6].
1945 год – произведено несколько килограммов бензипеницилина[6].
1947 год – Зельман Ваксман обнаружил в культуре Streptomyces griseus антибиотик (стрептомицин), действующий на грамотрицательные бактерии[6].
В последующие годы путем систематического скрининга выявлено множество новых антибиотиков и разработаны способы их промышленного производства. К 1986 году было известно почти 8000 антибиотиков, а к 2000 году – 15,8 тысяч[4].
Первым антибиотиком из стрептомицетов, использованном в сельском хозяйстве против бактерий – возбудителей болезней из родов Pseudomonas и Xanthomonas, был стрептомицин. Против фитопатогенных грибов начали применять циклогексимид, или актидион, и гризеофульвин. Наиболее активно работы в области использования антибиотиков для защиты растений проводились в Японии. Основным объектом исследований были болезни риса. Первым антибиотиком для борьбы с пирикуляриозом риса стал бластицидин-S, продуцируемый Streptomyces griseochromogenes[5].
С 1964 года против Xanthomonas oryzae применялся целлоцидин, продуцируемый Streptomyces chibaensis[5].
В 1965 году был выделен антибиотик касугамицин, синтезируемый Streptomyces casugaensis. Позднее в сельском хозяйстве начали применять противогрибные антибиотики полиоксины, продуцируемые Actinomyces cacaoi[5].
В 1972 году был зарегистрирован валидамицин, образуемый Streptomyces hydroscopicus var. limoneus, эффективный против пирикуляриоза и ризоктониоза риса. В частности, высокий эффект этот антибиотик показал в подавлении Pseudomonas solanacearum, вызывающего бактериальное увядание томата. До последнего времени для защиты от бактериальных и грибных болезней используют антибиотик никкомицин[5].
1970 – 1980 г.г. попытки применения антибиотиков в защите растений были успешно продолжены:
- полиоксины были применены в полевых опытах против черной пятнистости семян брюквы;
- продемонстрирован эффект действия валидамицина А на 25 видов фитопатогенных дейтеромицетов, в т.ч. Rhizoctonia cereals и Fusarium culmorum;
- стрептомицин в концентрации 1 г/л использован для обработки семян против бактериального рака томата;
- имбрицин и леворин применяли против твердой и каменной головни и корневых гнилей зерновых культур;
- испытание двух антибиотиков из группы стрептотрицинов показало их высокую активность в концентрации от 7-8 до 25-30 ед/мл против Fusarium oxysporum in vitro;
- фейерифунгин был с успехом использован в борьбе с заболеванием мятлика лугового, вызванного Magna-porthe poae;
- в США длительное время применяли технический стрептомицин, как наиболее эффективное средство в борьбе с ржавчиной веймутовой сосны и бактериальным ожогом плодовых деревьев, а в Индии – с бактериальным раком цитрусовых[5].
Работы по изысканию новых антибиотиков продолжаются. При этом наблюдается тенденция к увеличению новых антибиотиков из грибов[4].
Оставьте свой отзыв:
Отзывы:
Комментарии для сайта Cackle