Антибиотики. Классификация антибиотиков и их состав

 

Аннотация

 

 

 

В данной работе дано определение понятия «антибиотики», приведены основные классификации препаратов данной группы по различным признакам, в том числе по химическому строению. Раскрыты основные механизмы биологического действия антибиотиков на бактерии. Даны основные современные способы получения антибиотиков, основным из которых является микробиологический синтез и последующая химическая модификация. В заключении работы рассмотрена серьезная проблема современной медицины – формирование устойчивости бактерий к антибиотикам и принципы антибиотикотерапии, позволяющие предотвратить развитие резистентности.

 

Введение

 

 

Английский микробиолог А. Флеминг в 1929 году открыл первый антибиотик - пенициллин. Это стало одним из самых значительных открытий XX века. Началась новая эра в биологии и медицине - эра антибиотиков. К ним стали относиться как к панацее, поскольку они справлялись с лечением заболеваний, ранее считавшихся безнадежными.

Сегодня в общественном сознании существует множество точек зрениия, причем нередко взаимоисключающих друг друга, о том, что же такое антибиотики, когда и как их надо применять и насколько они опасны для человека. При ответе на эти вопросы достаточно популярны две крайности. По одним утверждениям, антибиотики - это «вредная химия», они угнетают иммунитет, вызывают дисбактериоз - нарушения в соотношении микроорганизмов в кишечнике, поэтому принимать их нельзя, а бороться с инфекциями организм человека должен своими силами. Другая категория участников дискуссии - сторонники антибиотиков, не очень утруждая себя теоретизированием, в домашней аптечке держат 2-3 различных антибиотика, принимают их сами и «назначают» родственникам при первом же чихе. Более того, если при повышенной температуре врач не назначил антибиотики, то в глазах таких пациентов на профессиональной репутации врача можно ставить крест.

Что же такое антибиотики? Какие они бывают и на какие инфекционные агенты влияют? Попытаемся разобраться в этом.

Цель данной работы – рассмотреть антибиотики, как

Для достижения этой цели решим несколько задач:

1. определим понятие «антибиотики»;
2. рассмотрим классификацию этих лекарственных препаратов и способы их воздействия на микроорганизмы;
3. укажем основные технологии получения антибиотиков.

Глава 1. Понятие антибиотики.

 

 

 

§1.1. Происхождение термина «антибиотики»

 

 

 

Термин "антибиотик" произошел от двух греческих слов: "анти" - "против" и "биос" - жизнь. Впервые он был предложен профессором Ваксманом в 1942 году. (Хотя грибковые плесени использовались в Древней Греции и Древнем Риме, только тогда они не назывались антибиотиками.)

Антибиотики - препараты микробного, животного или растительного происхождения, избирательно подавляющие жизнедеятельность определенных родов и видов микроорганизмов. Это самая многочисленная группа лекарственных препаратов. Так, в России сегодня используется более 200 препаратов (и это без учета аналогов). Они объединены по определенным качествам, несмотря на различия химической структуры и механизм действия. Существуют антибиотики с антибактериальной, противогрибковой, противовирусной и противоопухолевой активностью.

С точки зрения медицинской терминологии существуют антибиотики - это вещества природного происхождения и химиопрепараты - это искусственно созданные вещества аналогичного действия, объединяются они общим термином «антибактериальные препараты». Особенности терминологии могут вызвать затруднения у неспециалиста

 

 

 

 

 

1.2. Возбудители инфекционных  заболеваний

 

 

 

Все инфекционные болезни вызываются микроорганизмами, существенно различающимися по выраженности своих болезнетворных свойств. Одни из них способны преодолевать защитные силы организма человека и вызывать крайне тяжелые и даже смертельные заболевания (возбудители чумы, менингитов), с другими организм легко справляется без посторонней помощи (например, возбудители простудных заболеваний). В зависимости от внутренней организации микроорганизмы делят на 3 группы: бактерии, вирусы и простейшие (амебы, лямблии). Бактерии и простейшие имеют клеточную структуру (ядро, содержащее ДНК, клеточную стенку и т.п.), и потому способны к самостоятельному существованию. Вирусы лишены клеточной организации. Они представляют собой молекулу ДНК или РНК, окруженную белковой капсулой и являются абсолютными внутриклеточными паразитами. Вирусы способны проявлять признаки жизни (прежде всего, размножаться), лишь после проникновения в клетки «хозяина» (растения, животного, человека), используя их как биохимические «минизаводы».

В природе есть огромное количество веществ, способных убивать все живое, в том числе и возбудителей инфекционных болезней, например, этиловый спирт или перекись водорода. Эти вещества можно использовать для обеззараживания (дезинфекции) неживых объектов, но для лечения инфекционных болезней они не подходят из-за высокой токсичности их для организма человека.

К сожалению, до сих пор не обнаружены антибактериальные препараты, которые бы подавляли жизнедеятельность одновременно и бактерий и вирусов, поскольку различия в строении и особенностях обмена веществ у этих микроорганизмов носят принципиальный характер. Лекарственных препаратов, способных действовать на вирусы, несмотря на значительны успехи последних лет, еще явно недостаточно, а эффективность их относительно невысока. 
Глава 2. Биологическое действие антибиотиков

 

 

 

Процессы жизнедеятельности клеток человека коренным образом отличаются от процессов жизнедеятельности бактериальной клетки. Антибиотики оказывают избирательное воздействие именно на процессы жизнедеятельности бактерий, подавляя их, и не затрагивают процессов, протекающих в клетках человеческого организма. Так одни антибиотики подавляют синтез внешней оболочки (мембраны) бактериальной клетки – структуры, полностью отсутствующей в человеческой клетке.

По механизмам противобактериалъного действия выделяют антибиотики, которые нарушают у бактерий:

1) клеточную стенку;

2) синтез белка;

3) проницаемость цитоплазматической  мембраны;

4) синтез РНК.

Большинство бактерий, кроме клеточной мембраны (цитоплазматическая мембрана), имеют снаружи клеточную стенку, которая содержит слои пептидогликана (муреин; длинные цепи дисахарида, соединенные пептидными мостиками). Грамотрицательные бактерии имеют дополнительно наружную оболочку.

Пептидогликан состоит из цепочек, образованных повторяющимся (до 60 раз) комплексом двух аминосахаров — N-ацетилмурамовой кислоты и N-ацетилглкжозамина. К каждой молекуле N-ацетилмурамата присоединен тетрапептид. Между тетрапептидами соседних цепочек при участии транспептидазы образуются пептидные мостики. Таким образом, пептидогликан образует прочный каркас клеточной стенки.

Образование пептидогликана начинается в цитоплазме. К N-ацетилмурамату присоединяется вначале трипептид, а затем еще 2 аминокислоты — D-ala—D-ala (в дальнейшем 5-я аминокислота — D-ala удаляется). В цитоплазматической мембране присоединяется N-ацетилглюкозамин и образовавшийся блок пептидогликана переносится пирофосфатным переносчиком С55 в клеточную стенку, где встраивается в общую структуру пептидогликана.

При делении микробных клеток активируется муреингидролаза, которая разрушает транспептидные мостики и таким образом расщепляет пептидогликан (муреин).

Средства, нарушающие клеточную стенку бактерий, препятствуют синтезу пептидогликана или нарушают связи между цепями пептидогликана. При этом прочность клеточной стенки снижается и растущие бактерии гибнут.

Так как клетки органов и тканей человека не имеют клеточной стенки, антибиотики, которые нарушают клеточную стенку бактерий, относительно мало токсичны для человека.

К антибиотикам, нарушающим клеточную стенку бактерий, относятся бета-лактамные антибиотики, гликопептидные антибиотики, циклосерин и бацитрацин.

В синтезе белков на рибосомах микроорганизмов (30S и 50S) различают следующие стадии:

1)  инициация (присоединение  аминокислот к мРНК);

2)  элонгация (присоединение  новой аминокислоты с помощью  тРНК);

3)  транспептидация (присоединение  уже образованного пептида к  новой аминокислоте);

4)  транслокация (перемещение  образовавшегося пептида из места А в место Р).

К антибиотикам, нарушающим синтез белков, относятся аминогликозиды, тетрациклины, хлорамфеникол, макролиды, линкозамиды.

Аминогликозиды действуют на 30S субъединицу рибосом. Нарушают начальные этапы синтеза белка на рибосомах бактерий: образование полисом и правильное считывание мРНК. В результате в месте А присоединяются другие аминокислоты и образуются «неправильные» (нефункциональные) белки. Кроме того, при действии аминогликозидов нарушается проницаемость цитоплазматической мембраны бактерий. Действие аминогликозидов бактерицидно. Макролиды — эритромицин, кларитромицин, рокситромицин и азитромицин (относится к азалидам) действуют на 50S субъединицу рибосом и нарушают транслокацию — конечный этап синтеза белков на рибосомах бактерий.

Полимиксины взаимодействуют с фосфолипидами цитоплазматической мембраны микроорганизмов и нарушают ее проницаемость. Действуют на грамотрицательные бактерии: кишечную палочку, шигеллы, сальмонеллы, синегнойную палочку, клебсиеллы, темофильную палочку, а также на холерный вибрион. Полимиксины, в частности полимиксин В, могут оказывать нейротоксическое и нефротоксическое действие. Поэтому их применяют в основном местно при инфекциях глаз, ушей, кожи. Так как полимиксины мало всасываются в желудочно-кишечном тракте, их назначают внутрь для санации кишечника перед хирургическими операциями.

 

 

 

 

К сожалению, до сих пор не обнаружены антибактериальные препараты, которые бы подавляли жизнедеятельность одновременно и бактерий и вирусов, поскольку различия в строении и особенностях обмена веществ у этих микроорганизмов носят принципиальный характер. Лекарственных препаратов, способных действовать на вирусы, несмотря на значительны успехи последних лет, еще явно недостаточно, а эффективность их относительно невысока.

 

 

Глава 3. Классификация антибиотиков и их состав

 

 

 

Современная классификация антибиотиков разработана в Государственном центре по антибиотикам (С.М.Навашин, 1994), в соответствии с которой они характеризуются по механизму действия, химической структуре, противомикробному спектру, типу действия на клетку.

С учетом механизма действия антибиотики разделяют на три основные группы:

• ингибиторы синтеза клеточной стенки микроорганизма (пенициллины, цефалоспорины, ванкомицин, тейкопланин и др.);
• антибиотики, нарушающие молекулярную организацию, функции клеточных мембран (полимиксин, нистатин, леворин, амфотерицин и др.);
• антибиотики, подавляющие синтез белка и нуклеиновых кислот, в частности, ингибиторы синтеза белка на уровне рибосом (хлорамфеникол, тетрациклины, макролиды, линкомицин, аминогликозиды) и ингибиторы РНК-полимеразы (рифампицин) и др.

По химическому строению выделяют следующие группы антибиотиков

1. β-лактамные антибиотики

К этой группе относятся пенициллины, цефалоспорины, карбопенемы и монобактамы. Наличие β-лактамного кольца обуславливает их сильное бактерицидное действие, связанное с нарушением синтеза клеточной стенки бактерий, и возможность развития перекрестной аллергии. Пенициллины и цефалоспорины могут инактивироваться микроорганизмами, продуцирующими β-лактамазу (пенициллиназу). Карбопенемы значительно более устойчивы к действию фермента. В связи с низкой токсичностью и высокой клинической эффективности, β-лактамные антибиотики занимают ведущее место при лечении большинства инфекций.

Рис. 3.1 Схемы строения β-лактамного кольца у пенициллинов (1) и циклоспоринов (2).

 

1. Пенициллины.

В группу пенициллинов входят природные антибиотики - производные различных видов плесневого гриба Penicillium, и ряд синтетических.

Существует градация пенициллинов по четырем поколениям. Первое поколение - природные пенициллины (бензилпенициллин и бициллины). Второе поколение - полусинтетические пенициллины, действующие преимущественно на грамположительные бактерии и некоторые грамотрицательные дикокки (клоксациллин, оксациллин и другие). Пенициллины третьего поколения активны в отношении большинства грамположительных и грамотрицательных бактерий (ампициллин, амоксициллин, карбенициллин и другие). Наконец, пенициллины четвертого поколения активны главным образом в отношении грамотрицательной флоры (азлоциллин и мезлоциллин).