Читать онлайн Антибиотики и химиотерапевтические препараты бесплатно

Введение

Антибиотики – низкомолекулярные продукты метаболизма микроорганизмов, подавляющие в малых концентрациях рост других микроорганизмов. С момента их открытия Флемингом антибиотики как разновидность фармакопрепаратов наиболее часто используются для терапии инфекционных заболеваний, как человека, так и животных. Однако необоснованное использование привело к тому, что с одной стороны антибиотики спасли и улучшили больше жизней, чем любой другой класс медикаментов, с другой – применение антибиотиков привело к массовому вмешательству в генетику бактерий. Результатом подобного вмешательства стало распространение генов, устойчивых к антибиотикам, во всех популяциях бактерий в мире. По мнению ведущих мировых экспертов «резистентность к противомикробным средствам стала глобальной проблемой, в значительной степени, влияющей на здравоохранение в развитых и развивающихся странах».

Ознакомление с механизмами избирательного действия антибиотиков на клетку, их токсичности, биологическими закономерностями продуцирования антимикробных веществ, условиями и методами культивирования микроорганизмов-продуцентов антибиотиков, их взаимодействия с макро- и микроорганизмами стало целью нашего учебного пособия. Большое внимание уделено современным классификациям антибиотиков, основанным на химическом строении.

В учебном пособии даны сведения об истории открытия и изучения антибиотиков, основных положениях науки об антибиотиках, современном уровне ее развития.

Обозначения и сокращения

ANT – аденилилтрансферазы

ААС – ацетилтрансферазы

АРН – фосфотрансферазы

F – биодоступность

HBeAb – антитела к вирусу гепатита В

HBeAg – e антиген вируса гепатита В

HBsAb – антитела к поверхностному антигену вируса гепатита В

HBsAg – поверхностный антиген вируса гепатита В

HBV ДНК – ДНК вируса гепатита В

HCV РНК – РНК вируса гепатита С

spp. – род

АБ – антибиотик

АБП – антибиотические препараты

Альфа-ИНФ – альфа-интерферон

АЛТ – аланинаминотрансфераза

АМП – антимикробный препарат (химиопрепарат)

АМФ – аминогликозидомодифицирующие ферменты

Анти НВс IgM/IgG – антитела классов M и G к core антигену вируса гепатита В

АП – антибактериальные препараты

АПФ – ангиотензинпревращающий фермент

АР – аллергические реакции

АРПВ – антиретровирусный препарат (химиопрепарат)

АРП – антибиотикорезистентные пневмококки

АРТ – антиретровирусная терапия

АТФ – аденозинтрифосфат

БЛА – β-лактамные антибиотики

БЛРС – β-лактамазы расширенного спектра действия

ВААРТ – высокоактивная антиретровирусная терапия

в/в – внутривенно

ВГВ – вирус гепатита В

ВГС – вирус гепатита С

ВГD – вирус гепатита D

ВДП – верхние дыхательные пути

ВИЧ – вирус иммунодефицита человека

в/м – внутримышечно

ВПГ – вирус простого герпеса

ВУРА – высокий уровень резистентности к аминогликозидам у энтерококков

ГАМК – гамма-аминомасляная кислота

ГИНК – гидразид изоникотиновой кислоты

ГОБ – гематоофтальмический барьер

ГЭБ – гематоэнцефалический барьер

ДГФР – дегидрофолатредуктаза

ДДМ – диско-диффузионный метод

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

ЕД – единица действия

ЖКТ – желудочно-кишечный тракт

ИП – ингибиторы протеазы

ИФН – интерфероны

КАД – контактный аллергический дерматит

КОЕ – колониеобразующие единицы

КП – кожные аллергологические пробы

ЛДГ – лактатдегидрогеназа

ЛЛ – лекарственная лихорадка

ЛС – лекарственное средство

МАО – моноаминоксидаза

МБК – минимальная бактерицидная концентрация

МВП – мочевыводящие пути

МЕ – международная единица

МНН – международное непатентованное название

МО – микроорганизмы

МПА – мясопептонный агар

МПК – минимальная подавляющая концентрация

МПК₅₀ – минимальная подавляющая концентрация антибиотика для 50 % исследованных штаммов. Измеряется в мкг/мл или мг/л.

МПК₉₀ – минимальная подавляющая концентрация антибиотика для 90 % исследованных штаммов. Измеряется в мкг/мл или мг/л.

МЭЭ – многоформная экссудативная эритема

НИИОТ – ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы ВИЧ

НИОТ – нуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы ВИЧ

НДП – нижние дыхательные пути

ННИОТ – Ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы ВИЧ

НР – нервные реакции

ПАБК – парааминобензойная кислота

ПАСК – парааминосалициловая кислота

ПАЭ – постантибиотический эффект

Пег-ИНФ – пегилированный интерферон(ы)

п/к – подкожно

ПП – провокационная проба

ПР – перекрестная резистентность

ПСБ – пенициллиносвязывающий белок

ПТП – противотуберкулезные препараты

ПЦР – полимеразная цепная реакция

СМЖ – спинномозговая жидкость

СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита

С_max – максимальная концентрация

СС – сывороточноподобный синдром

ССД – синдром Стивенса-Джонсона

Т_½ – период полувыведения

ТТЕМЛ – тест торможения естественной миграции лейкоцитов

ТЭН – токсический эпидермальный некролизис

ФАР – фотоаллергические реакции

ФТР – фототоксические реакции

ЦМВ – цитомегаловирус

ЦНС – центральная нервная система

Термины, используемые в учебном пособии

Аминогликозидомодифицирующие ферменты (АМФ). Бактериальные ферменты, вырабатываемые различными видами микроорганизмов, способные инактивировать аминогликозидные антибиотики, за счет чего микроорганизмы приобретают резистентность к определенным препаратам группы аминогликозидов. Выделяют три группы АМФ: аденилилтрансферазы, или нуклеотидилтрансферазы, осуществляющие инактивацию молекулы аминогликозида путем присоединения нуклеотида аденина; ацетилтрансферазы – остатка уксусной кислоты и фосфотрансферазы – остатка фосфорной кислоты.

Антибиотикорезистентный S. pneumoniae (АРП). Штаммы пневмококка, резистентные к антибактериальным препаратам трех и более классов, например, к пенициллину, ко-тримоксазолу и макролидам.

Антигельминтные препараты. Лекарственные препараты, основу которых составляют химические соединения природного или искусственного происхождения, обладающие избирательной активностью в отношении гельминтов.

Антиинфекционные препараты. Лекарственные препараты, основу которых составляют химические соединения природного или искусственного происхождения, обладающие избирательной активностью в отношении возбудителей инфекционных заболеваний (бактерий, вирусов, гельминтов, грибов, прионов, простейших, эктопаразитов).

Антимикробные препараты (АМП). Лекарственные препараты, основу которых составляют химические соединения природного или искусственного происхождения, обладающие избирательной активностью в отношении микроорганизмов (бактерий, вирусов, грибов, простейших).

Ассоциированная резистентность. Резистентность микроорганизма к антибактериальным препаратам более чем одного химического класса одновременно (например, к β-лактамам, аминогликозидам и фторхинолонам одновременно).

β-лактамазы. Бактериальные ферменты, способные инактивировать βлактамные антибиотики. По локализации кодирующих их генов в микробной клетке подразделяются на хромосомные и плазмидные. По субстратной специфичности выделяют пенициллиназы, разрушающие пенициллины; цефалоспориназы, разрушающие цефалоспорины; β-лактамазы широкого спектра действия и β-лактамазы расширенного спектра действия.

β-лактамазы расширенного спектра действия (БЛРС). Бактериальные ферменты, вырабатываемые микроорганизмами семейства Enterobacteriaceae (в основном K. pneumoniae, E. coli, реже другими энтеробактериями), способные инактивировать β-лактамные антибиотики различных классов, включая пенициллины и цефалоспорины I-IV поколений, кроме цефамицинов (цефокситин, цефотетан) и карбапенемов.

β-лактамазы широкого спектра действия. Бактериальные ферменты, вырабатываемые в основном представителями семейства Enterobacteriaceae и некоторыми неферментирующими бактериями, способные инактивировать пенициллины, включая аминопенициллины (ампициллин, амоксициллин), антисинегнойные пенициллины (карбенициллин, пиперациллин и др.), цефалоспорины I и отчасти II (цефаклор) поколений.

Ванкомицинорезистентные энтерококки (VRE). Штаммы Enterococcus spp., имеющие значения МПК ванкомицина от 8 до 16 мг/л считаются умеренно-резистентными, от 18 до 32 мг/л – резистентными к ванкомицину.

Высокий уровень резистентности к аминогликозидам у энтерококков (ВУРА). Высокий уровень резистентности к аминогликозидным антибиотикам (стрептомицину и/или гентамицину) у штаммов энтерококков (Enterococcus spp.), обусловленный продукцией аминогликозидомодифицирующих ферментов. Для выявления данного вида резистентности используют ДДМ со специальными дисками, содержащими 300 мкг стрептомицина и 120 мкг гентамицина или скрининг в бульоне или на агаре, содержащих стрептомицин или гентамицин в высоких концентрациях.

Диско-диффузионный метод (ДДМ). Наиболее распространенный стандартизированный метод определения чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам in vitro. Основан на измерении зоны подавления роста микроорганизма на чашке Петри с агаром вокруг диска, содержащего определенное количество антибиотика. По размеру зоны подавления роста все штаммы подразделяют на чувствительные, умереннорезистентные и резистентные к данному антибиотику.

Е-тест. Стандартизированный метод определения чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам in vitro. Основан на определении МПК в точке пересечения эллипсовидной зоны подавления роста микроорганизма вокруг пластиковой полоски Е-теста со шкалой, нанесенной на полоске, на чашке Петри с агаром. По значению МПК все штаммы подразделяют на чувствительные, умереннорезистентные и резистентные.

Коагулазонегативный стафилококк (КНС ). Стафилококки разных видов (S. epidermidis, S. saprophyticus, S. haemolythicus и др., кроме S. aureus), не вырабатывающие фермент коагулазу и не обладающие способностью коагулировать плазму крови в пробирке.

Колониеобразующие единицы (КОЕ). Показатель количества жизнеспособных микроорганизмов в единице объема, например, в 1 мл жидкости, 1 г твердого материала.

Методы разведения. Стандартизированные методы определения чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам in vitro. Основаны на определении наименьшей концентрации антибиотика из ряда серийных двойных разведений, внесенного в агар – метод разведения в агаре, или питательный бульон – метод разведения в бульоне/жидкой питательной среде, способной вызвать подавление видимого роста микроорганизма. Эта наименьшая концентрация называется минимальной подавляющей концентрацией и позволяет подразделить все штаммы на чувствительные, умереннорезистентные и резистентные.

Минимальная бактерицидная концентрация (МБК). Наименьшая концентрация антибиотика, которая при исследовании in vitro вызывает гибель 99,9 % микроорганизмов от исходного уровня в течение определенного периода времени, бактерицидные (МБК) в отношении популяции микроорганизмов в целом. Измеряется в мкг/мл или мг/л.

Минимальная подавляющая концентрация (МПК). Наименьшая концентрация антибиотика, способная подавить видимый рост микроорганизма in vitro. Измеряется в мкг/мл или мг/л.

Метициллинорезистентный S. aureus (MRSA). Штаммы S. aureus, резистентные к метициллину (оксациллину). Истинные MRSA содержат ген резистентности mecA, обусловливающий изменение ПСБ. MRSA нечувствительны ко всем β-лактамным антибиотикам: пенициллинам, в том числе ингибиторозащищенным, цефалоспоринам I – IV поколений и карбапенемам. Кроме того, MRSA обычно резистентны к антибиотикам других классов (макролидам, линкоcамидам, тетрациклинам, аминогликозидам и др.), поэтому их иногда называют «множественно-резистентные стафилококки».

Национальный Комитет по клиническим лабораторным стандартам, США. Национальный комитет по клиническим лабораторным стандартам США – организация, занимающаяся разработкой стандартов лабораторных исследований для лабораторий различного профиля, в том числе микробиологических лабораторий. Стандарты NCCLS наиболее широко используются в мире.

Неферментирующие бактерии. Грамотрицательные бактерии, не ферментирующие глюкозу. К этой группе относятся Pseudomonas spp., Acinetobacter spp., Stenotrofomonas spp. и некоторые другие.

Пенициллинорезистентный S. pneumoniae. Штаммы S. pneumoniae, обладающие сниженной чувствительностью к пенициллину. Выделяют пневмококки умереннорезистентные (МПК пенициллина от 0,12 до 1,0 мг/л) и резистентные (МПК 2 мг/л).

Пенициллинорезистентный S. aureus. Штаммы S. aureus, резистентные к пенициллину и другим β-лактамазо-нестабильным препаратам пенициллинового ряда (ампициллин, амоксициллин, карбенициллин, азлоциллин и др.) за счет продукции стафилококковых β-лактамаз (пенициллиназ).

Пенициллиносвязывающий белок. Мишень действия β-лактамных антибиотиков. ПСБ называют ферменты микроорганизмов (транспептидазы и карбоксипептидазы), отвечающие за синтез пептидогликана клеточной стенки бактерий. β-лактамы, связываясь с ПСБ, блокируют их действие, нарушая таким образом синтез клеточной стенки бактерий.

Перекрестная резистентность. Резистентность микроорганизма к антимикробным препаратам одного химического класса (например, к нескольким представителям аминогликозидов, нескольким фторхинолонам и т.д.).

Пограничные значения. Пограничные значения диаметров зон подавления роста микроорганизмов или МПК антибиотиков, в соответствии с которыми штаммы подразделяют на три категории: чувствительные, умереннорезистентные и резистентные.

Постантибиотический эффект (ПАЭ). Временное прекращение размножения микроорганизмов (в сравнении с контрольной популяцией, содержащей такое же число микроорганизмов) после ограниченного периода воздействия антибиотика. Измеряется в единицах времени – минутах или часах (мин и ч).

«Привередливые» («прихотливые») микроорганизмы. Микроорганизмы, не растущие на простых питательных средах и требующие обогащения их специальными добавками (кровью, сывороткой крови, витаминами и т.п.) и создания особого состава атмосферы инкубации (5 % CO₂). К ним относятся Streptococcus spp., включая S. pneumoniae, гемофильная палочка, гонококки и др.

Резистентный микроорганизм. Микроорганизм считается резистентным к антибиотику, если он имеет механизмы резистентности к данному препарату, и при лечении инфекций, вызванных этим возбудителем, нет клинического эффекта от терапии даже при использовании максимальных терапевтических доз антибиотика.

Умереннорезистентный микроорганизм. Микроорганизм считается умеренно-резистентным к антибиотику, если по своей чувствительности он занимает промежуточное положение между чувствительными и резистентными штаммами, и при лечении инфекций, вызванных этим возбудителем, хорошая клиническая эффективность наблюдается только при использовании высоких терапевтических доз препарата, или при локализации инфекции в месте, где антибиотик накапливается в высоких концентрациях.

Чувствительный микроорганизм. Микроорганизм считается чувствительным к антибиотику в том случае, если у него нет механизмов резистентности к антимикробному препарату, и при лечении стандартными дозами антибиотика инфекций, вызванных этим возбудителем, отмечается хорошая терапевтическая эффективность.

Эффлюкс. Механизм антимикробной резистентности, заключающийся в активном выведении антибиотиков из микробной клетки.

1 История развития науки – Антибиотики

Наука антибиотики является относительно молодой и развивающейся наукой. Истоком данного направления науки считают 1940 г. именно в этом году впервые был получен в кристаллическом виде совершенно новый химиотерапевтический порошок микробного происхождения – пенициллин. Этот препарат можно считать родоначальником новой эры лекарственных средств антимикробной терапии – антибиотики (анти – против и биос – жизнь).

Многие ученые и практикующие врачи предпринимали попытки создания препаратов оказывающих антибактериальное действие при лечении различных инфекционных заболеваний и в тоже время не оказывающие патогенное действие на организм человека, так, например, немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс (1493-1541) предпринимал попытки лечения сифилиса с использованием мышьяка, однако его опыты не увенчались успехом и дальнейшее применение данного вещества было приостановлено.

В 1871-1872 гг. появились работы русских исследователей В. А. Манассеина (1841-1901) и А. Г. Полотебнова (1838-1908), в которых сообщалось о практическом использовании зеленой плесени для заживления кожных язв у человека.

Первые сведения об антагонизме бактерий были обнародованы основоположником микробиологии Луи Пастером в 1877 г. Л.Пастер и С. Джеберт сообщили о подавление развития возбудителя сибирской язвы некоторыми сапрофитными бактериями. Ими была высказана мысль о возможности практического использования этого явления.

В 1889 г. французский микробиолог Вьюмен, собрав все случаи взаимовлияния микробов, растений и микробов, сформулировал важное положение: «Когда одно живое тело оказывает на расстоянии разрушительное действие на другое за счет выделяемых им химических веществ, то можно сказать, что происходит антибиоз (греч. anti – против и bios – жизнь)». Отсюда в дальнейшем и пошло название «антибиотики».

Русский ученый И. И. Мечников (18451916) в 1894 году научно обосновал практическое использование антагонизма между энтеробактериями, вызывающими кишечные расстройства, и молочнокислыми микроорганизмами, в частности болгарской палочкой («мечниковская простокваша»), для лечения кишечных заболеваний человека.

Двумя годами позже итальянский врач Р. Гозио из культуральной жидкости Penicillium brevi-compactum выделил микофеноловую кислоту в виде кристаллического соединения оказывающего бактерицидный эффект в отношении возбудителя сибирской язвы, однако это открытие не получило практического применения и было забыто.

В 1899 г. Эммерих и Лоу сообщили об антимикробном веществе, образуемом Pseudomonas руосуаnеа. Данное вещество получило название пиоцианаза и использовалось в качестве местного антисептика.

Русский врач Э. Гартье (1905) применил кисломолочные продукты, приготовленные на заквасках, содержащих ацидофильную палочку, для лечения кишечных расстройств. Как оказалось, ацидофильная палочка обладает более ярко выраженными антагонистическими свойствами по сравнению с болгарской палочкой.

В 1910 г. врачу, бактериологу, биохимику и директору Исследовательского института химиотерапии Паулю Эрлиху (1854-1915) в результате многочисленных опытов удалось синтезировать антибактериальный препарат на основе мышьяка оказывающий бактерицидный эффект на возбудитель сифилиса в условиях in vitro. Данный препарат получил название сальварсан (от лат. salvatio – спасение) или препарат 606. После дальнейших исследований П. Эрлих в 1912 г. разработал видоизмененный вариант этого препарата – неосальварсан или препарат 914.

Американские ученые О. Блек и У. Алсберг в период с 1910 по 1913 гг. занимались выделением из гриба рода Penicillium пеницилловой кислоты, обладающей антимикробными свойствами. Но война прервала их исследования.

Все выше перечисленные наблюдения и открытия явились базой для исследований в области изучения биологически активных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

Дальнейшая история открытия антибиотиков связана с именами таких ученых как Александер Флеминг, Эрнст Борис Чейн, Хоуард Уолтер Флори.

13 сентября 1929 г. на заседании Медицинского исследовательского клуба при Лондонском университете А. Флеминг выступил с докладом «Культура пенициллина» в котором впервые рассказал публике о своем открытии пенициллина. В ноябре 1929 г. в своей статье А. Флеминг написал: «Определенный вид пенициллиум (плесневого гриба) вырабатывает в питательной среде мощное антибактериальное вещество». И дальше: «Предлагается применить его в качестве эффективного антисептика – противогнилостного средства». В 1936 году А. Флеминг рассказал о своем открытие на II Международном конгрессе микробиологов.

Этому предшествовало событие, которое явилось результатом стечения ряда обстоятельств, столь невероятных, что в них почти невозможно поверить – открытие Флемингом пенициллина в 1928 г. В отличие от своих аккуратных коллег, очищавших чашки с бактериальными культурами после окончания работы с ними, Флеминг не выбрасывал культуры по 2, 3 недели кряду, пока его лабораторный стол не оказывался загроможденным 40 или 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 Staphylococcus. Отделив плесень, он установил, что «бульон, на котором разрослась плесень, приобрел отчетливо выраженную способность подавлять рост микроорганизмов, а также бактерицидные и бактериологические свойства по отношению ко многим распространенным патогенным бактериям».

Неряшливость Флеминга и сделанное им наблюдение явились всего лишь двумя обстоятельствами в целом ряду случайностей, способствовавших открытию. Плесень, которой оказалась, заражена культура, относилась к очень редкому виду Penicillium notatum. Вероятно, она была занесена из лаборатории, расположенной этажом ниже, 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 наступившее затем потепление – для бактерий. Как выяснилось позднее, стечению именно этих обстоятельств было обязано знаменитое открытие.

Первоначальные исследования Флеминга дали ряд важных сведений о пенициллине. Он писал, что это «эффективная антибактериальная субстанция оказывающая выраженное действие на пиогенные кокки [гноеродные Staphylococcus и Streptococcus] и палочки дифтерийной группы. Пенициллин даже в огромных дозах не токсичен для животных. Можно предположить, что он окажется эффективным антисептиком при наружной обработке участков, пораженных чувствительными к пенициллину микробами, или при его введении внутрь».

Предложение молодого ученого встретило возражения его учителя известного бактериолога и иммунолога, профессора лаборатории патологии больницы Святой Марии Алмрота Райта. И не только Райта. Даже после опубликования статья не вызвала у медиков никакого энтузиазма. А все потому, что пенициллин оказался очень нестойким веществом. Он разрушался уже при кратковременном хранении, а тем более при попытке выпарить содержащий его бульон. Когда в 1939 г. Флеминг обратился за помощью в Лондонское химическое общество, то получил ответ: «Вещество слишком нестойкое и с химической точки зрения не заслуживает никакого внимания».

Подобно Пастеровскому институту в Париже, отделение вакцинации в больнице св. Марии, где работал Флеминг, существовало благодаря продаже вакцин. Флеминг обнаружил, что в процессе приготовления вакцин пенициллин помогает предохранить культуры от стафилококка. Это было небольшое техническое достижение, и Флеминг широко пользовался им, еженедельно отдавая распоряжение изготовить большие партии бульона. Он делился образцами культуры Penicillium с некоторыми коллегами в других лабораториях, но, ни разу не упомянул о пенициллине, ни в одной из 27 статей или лекций, опубликованных им в 1930-1940 гг., даже если речь в них шла о веществах, вызывающих гибель бактерий.

Пенициллин, возможно, был бы навсегда забыт, если бы не более раннее открытие Флемингом лизоцима.

В 1922 Флеминг сделал свое первое важное открытие – обнаружил в тканях человека вещество, способное быстро растворять некоторые микробы. Райт назвал новое вещество лизоцимом, стремясь отразить в названии, с одной стороны, его ферментативные свойства (энзиме), а с другой – способность к лизису, т.е. разрушению микроорганизмов. Казалось, что лизоцим – это природный антисептик, но, к сожалению, обнаружилось, что он малоэффективен против наиболее патогенных микроорганизмов.

Именно открытие лизоцима заставило руководителя кафедры патологии Оксфордского университета профессор Г. Флори и одного из его помощников биохимик Э. Чейн заняться изысканием нового лекарства для борьбы с микробами. Они стали изучать терапевтические свойства пенициллина. В 1940 году оксфордская группа ученых получила первые порции препарата. Правды ради следует сказать, что пенициллина в той желтоватой жидкости, которую демонстрировали радостные ученые своим коллегам, содержалось всего один процент. Но все, же это было лекарство. Сначала с его помощью были излечены мыши, зараженные смертельной дозой стафилококка, а 12 февраля 1941 г. с помощью пенициллина была сделана попытка спасти мужчину, который погибал от заражения крови. Несколько инъекций пенициллина в течение одного дня улучшили его состояние, однако имеющегося количества пенициллина оказалось недостаточно, и спасти больного не удалось. Несмотря на трагический исход, ценность препарата стала совершенно очевидной, что и было отмечено во всех газетах Англии. Газета "Таймс" поместила статью А.Райта, в которой были такие слова: "Лавровый венок должен быть присужден Александру Флемингу. Это он первым открыл пенициллин и первый предсказал, что это вещество может найти широкое применение в медицине". Дальнейший путь пенициллина, тем не менее, не был усыпан розами. Несмотря на то, что война уже шла и кругом миллионы людей погибали от гнойных ран, правительство Великобритании не хотело раскошеливаться на строительство специального завода для производства нового лекарства. Может быть, дело б так и не сдвинулось бы с мертвой точки, если бы не энергия Г. Флори. Он нашел и деньги, и людей, которые ему помогли, в Америке. Исследовательская работа закипела. Вскоре дело продвинулось так далеко, что был начат промышленный выпуск пенициллина. Первым человеком, вылеченным при помощи пенициллина, стала девочка, болезнь которой началась с воспаления горла, а потом распространилась на сердце. Врач, который ее лечил, упросил дать ему пенициллин. Никто о таком применении пенициллина раньше не думал. Но очень уж жаль было ребенка. Раствор пенициллина был введен девочке, когда та уже умирала. Полученный эффект превзошел все ожидания: девочке сразу стало лучше, и она быстро выздоровела. Вскоре после этого случая Флеминг сам впервые ввел раствор пенициллина в спинно-мозговой канал своему другу, который заболел гнойным воспалением мозговых оболочек. Неминуемая, казалось бы, смерть отступила и на этот раз. Потом уже пенициллином начали лечить английских летчиков, получивших ранения в воздушных боях над Лондоном. Под влиянием антибиотика гнойные раны очищались, ожоги зарастали кожей, гангрена отступала. Действие лекарства было похоже на мановение волшебной палочки. Первооткрыватели пенициллина Флеминг, Флори и Чейн, понимая все значение этого лекарства для человечества, не засекретили свое открытие и не взяли на него патента, как это обычно делается.

Английские ученые были не единственные, кто обнаружили способность одних микроорганизмов выделять антибиотические вещества против других. В конце XIX – начале XX веков были открыты антагонистические свойства у спорообразующих бактерий. К этому же периоду относятся первые работы, в которых описываются антагонистические свойства у актиномицетов.

Антибиотики были не единственные вещества, которые оказывали антимикробное действие на микроорганизмы. В 30-х годах XX века в результате химического синтеза были получены новые органические соединения – сульфаниламиды, среди которых первым эффективным препаратом, оказывающим антибактериальное действие при тяжелых стрептококковых инфекциях, стал красный стрептоцид (пронтозил). В 1934 г. немецкий бактериолог Герхард Домагк (1895-1964) установил противококковое действие стрептоцида в экспериментах на животных. Новое средство оказалось не столь универсальным и эффективным; оно, как выяснилось, помогает главным образом лишь при рожистом воспалении и при лечении ран.

Но это средство открыло новую эру – антибактериальной химиотерапии. Дальнейшее усовершенствование стрептоцида привело к получению близкого по строению к пронтозилу химиопрепарата – сульфидина. Это осуществил в 1937 году советский химик Исаак Яковлевич Постовский. В дальнейшем данный препарат уступил место более эффективным сульфаниламидным соединениям норсульфазол, фталазол и другие.

С открытием сульфаниламидных препаратов и применения их в медицинской практике продолжилась борьба со многими инфекционными заболеваниями, в том числе сепсиса, менингита, пневмонии и ряда бактериальных инфекций, передающихся половым путем (сифилис, гонорея) и ряда других.

Одним из первых, осуществивших целенаправленный поиск антибиотиков, был француз Рене Жиль Дюбо (1901-1982), работавший в Америке. В 1938 г., он приступил к поиску микробов, обитающих в земле, которые бы убивали стафилококков. В 1939 г. он выделил из почвенной бактерии Bacillus brevis пептид тиротрицин (смесь антибиотиков грамицидина и тироцидина), который оказался слишком токсичным, и его применение ограничилось промыванием гнойных ран и полосканием горла при ангине. Открытие Дюбо явилось стимулом для других ученых, которые начали искать новые антибиотики.

В 1942 г. советскими исследователями Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражниковой был выделен из подмосковных почв новый штамм Bacillus brevis, синтезирующий антибиотик грамицидин С, отличающийся от грамицидина Дюбо.

В 1939 г. Н. А. Красильников и А. И. Кореняко из культуры фиолетового актиномицета Actinomyces violaceus, выделенного ими из почвы, получили первый антибиотик актиномицетного происхождения – мицетин – и изучили условия биосинтеза и применения мицетина в клинике.

В нашей стране работу по нахождению продуцента пенициллина осуществили З. В. Ермольева и Т. И. Балезина с сотрудниками.

В 1941 году внимание З. В. Ермольевой привлекла статья Флори о получении очищенного пенициллина и успешном испытании его на мышах, опубликованная в «Ланцете» в августе 1940 года. Через Наркомздрав она просила у союзников образец плесени, с которой работал Флеминг. Англичане сначала тянули с ответом, а затем сообщили, что исследования ведутся в США и посоветовали обратиться туда. Но и американские коллеги не торопились поделиться «сокровищем», и все же пенициллин в нашей стране появился. Сотрудниками лаборатории Ермольевой была проведена огромная и кропотливая работа, были изучены многие образцы плесени. Тамара Иосифовна Балезина – сотрудница Ермольевой, выделившая первый пенициллин так описывала этот период: «Устав от напрасного ожидания, весной 1942 года я с помощью друзей стала собирать плесени из самых различных источников. Те, кто знал о сотнях неудачных попыток Флори найти свой продуцент пенициллина, относились к моим опытам иронически. 93-м по счету образцом был грибок, случайно выросший в другой лаборатории на культуре микроорганизма, над которым там работали. Этот штамм был идентифицирован как «близкий к Penicillium crustosum». Из него мы и стали получать советский препарат, который назвали «пенициллин-крустозин ВИЭМ». В середине 1944 года после долгих исследований Ермольева отправилась на фронт, чтобы испытать действие своего препарата. Всем раненым перед операцией Ермольева делала внутримышечную инъекцию пенициллина. После этого у большинства бойцов раны рубцевались без всяких осложнений и нагноений, без повышения температуры. Пенициллин показался видавшим виды полевым хирургам настоящим чудом. Он вылечивал даже самых тяжелых больных, уже болевших заражением крови или воспалением легких. За время этих полевых испытаний было успешно вылечено свыше 1200 раненых с различного вида заражениями тканей. Интересное испытание «солнца антибиотиков» произошло в январе 1944 г., когда в Москву с группой зарубежных ученых приехал профессор Флори. Он привез свой штамм пенициллинума и решил сравнить его с советским. Наш препарат оказался активнее английского: 28 единиц против 20 в 1 мл. Тогда профессор Флори и американский ученый Сандерс предложили провести клинические испытания. И вновь победу одержал наш отечественный пенициллин.

В 1944 г. Зелман А. Ваксман совместно с группой исследователей открыл антибиотик эффективный в отношении туберкулезной палочки. История этого открытия началась в 1932 г., когда Американская национальная ассоциация по борьбе с туберкулезом обратилась к Ваксману с просьбой изучить процесс разрушения палочки туберкулеза в почве. Он сделал заключение, что за этот процесс ответственны микробы-антагонисты. К 1939 г. Ваксман решил развернуть новую программу, касающуюся использования его исследований по микробиологии почвы для лечения болезней человека. «Я чувствовал по своему опыту, что грибы и актиномицеты могут быть значительно более эффективными источниками антибактериальных средств, чем обычные бактерии», – заявил он позднее. Другой причиной его новой исследовательской программы была вторая мировая война, «маячившая на горизонте, – говорил Ваксман, – и диктовавшая необходимость создания новых препаратов для контроля над различными инфекциями и эпидемиями, которые могли возникнуть».

В течение последующих четырех лет Ваксман и его коллеги исследовали около 10 тыс. различных почвенных микробов в поисках антибиотиков, которые могли бы разрушать бактерии, не причиняя вреда человеку. В 1940 г. исследовательская группа выделила актиномицин, оказавшийся высокотоксичным антибиотиком. Спустя еще два года ученые открыли стрептотрицин – антибиотик, высокоэффективный в отношении возбудителя туберкулеза. В 1943 г. последователи обнаружили стрептомицин в штамме актиномицет, выделенных во время работы Ваксмана над первой научной статьей.

После нескольких лет тестирования и доработки в 1946 г. стрептомицин стал широко использоваться. Этот препарат оказался особенно ценным, т.к. был эффективен в отношении бактерий, устойчивых к сульфаниламидным препаратам и пенициллину. Получение стрептомицина побудило других исследователей к выделению из микробов почвы, особенно актиномицет, новых разновидностей антибиотиков. Феноменальное увеличение числа этих лекарственных средств, выделенных начиная с 1950 г., является в значительной степени результатом программ, созданных усилиями Ваксмана.

В 1952 г. Ваксман был награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине «за открытие стрептомицина, первого антибиотика, эффективного при лечении туберкулеза». В речи при вручении премии Арвид Волгрен из Каролинского института отметил, что «в отличие от открытия пенициллина профессором Александером Флемингом, которое было в значительной степени обусловлено случаем, получение стрептомицина было результатом длительного, систематического и неутомимого труда большой группы ученых». Заметив, что стрептомицин спас уже тысячи человеческих жизней, Волгрен приветствовал Ваксмана как «одного из величайших благодетелей человечества».

В 1948 г. Девид Готлиб (1911-1982) выделил левомицетин, а Бенжамин М. Дуггар (1872-1956) – хлортетрациклин. В 1949 г. Дж. Броттц (1895-1976) получил из плесени Cephalosporium acremonium цефалоспорин С, а к 1955 г. антибиотиков насчитывалось уже более 500. Сейчас открыто и изучено примерно 10 000 соединений этого класса, причем более 200 из них нашли применение в медицине.

И все же, несмотря на достоинства новых препаратов, пенициллин до сих пор остается самым распространенным, т.к. он по-прежнему активен и поныне продолжается его триумфальное шествие по земному шару. А человек, открывший новую эпоху в жизни человека, был чрезвычайно скромен. В 1945 г., получая Нобелевскую премию, Флеминг сказал: «Мне говорят, что я изобрел пенициллин. Нет, я только обратил внимание на него людей и дал ему название».

ЭРЛИХ ПАУЛЬ (Ehrlich) (1854-1915)

П. Эрлих родился 14 марта 1854 в Штрелене (Силезия). Учился в университетах Бреслау, Страсбурга, Фрейбурга и Лейпцига. В 1878 получил степень доктора медицины. Еще будучи студентом он занимался изучением распределения и фиксации различных химических веществ в организме. В 1878 стал ассистентом медицинской клиники Шарите в Берлине. Занимался изучением специфического прижизненного окрашивания различных тканей и клеток, обнаружил, что с помощью анилиновых красителей можно исследовать процессы дыхания в интактных тканях. Книга Эрлиха «Потребности организма в кислороде» (1885) стала классическим трудом в области изучения окислительновосстановительных процессов. Эрлих обнаружил две разные формы лейкоцитов, установил роль костного мозга в кроветворении, открыл так называемые тучные клетки, провел многочисленные исследования в области гистологии нервной системы. В 1883 разработал способ окрашивания туберкулезных бацилл.

В 1890-1895 Эрлих работал у Р. Коха в Институте инфекционных болезней в Берлине. Разработал метод определения активности антитоксических сывороток и изучения взаимодействия «антиген-антитело» in vitro. Создал теорию «боковых цепей», сыгравшую большую роль в развитии иммунологии. В 1896 основал и возглавил Институт по изучению и проверке сывороток в Штеглице. В 1899 Институт переехал во Франкфурт-на-Майне, где получил название Институт экспериментальной терапии (ныне имени Эрлиха).

Начиная с 1891 Эрлих занимался поисками способов лечения инфекционных болезней с помощью химических веществ, способных подавлять жизнедеятельность возбудителей заболеваний. Ввел в практику лечение четырехдневной малярии красителем метиленовым синим, предложил использовать трипановый красный для лечения трипаносомоза. Особое значение имели работы Эрлиха по лечению сифилиса органическими соединениями мышьяка.

Известны работы П. Эрлиха по злокачественным опухолям. Ученый создал ряд методов экспериментального получения опухолей у животных, установил появление иммунологических реакций после их рассасывания.

В 1908 г. он совместно с русским ученым И. И. Мечниковым стал лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине за работы по иммунологии. В Нобелевской лекции П. Эрлих выразил уверенность в том, что ученые начали «понимать механизм действия терапевтических веществ…». «Я надеюсь также, – отметил он далее, – что, если эти направления будут систематически развиваться, вскоре нам станет легче, чем до сих пор, разрабатывать рациональные пути синтеза лекарств».

Эрлих был награжден медалью Либиха и избран почетным членом Немецкого химического общества. Умер Эрлих в Бад-Хомбурге 20 августа 1915.

ГЕРХАРД ДОГМАК (Gerkhard Domagk) (1895-1964)

Немецкий бактериолог Герхард Иоханнес Пауль Домагк родился в семье Пауля Домагка и Марты (Реймер) Домагк в Лейгау, пригороде Бранденбурга. После окончания средней школы в Легнице Домагк в 1914 г., перед началом первой мировой войны, начал обучение на медицинском факультете Кильского университета. Он ушел добровольцем на Восточный фронт, был ранен и после выздоровления служил в медицинских частях до конца войны. Затем он продолжил свои занятия в Киле и в 1921 г. получил медицинскую степень, защитив диссертацию по образованию креатинина в организме человека после нагрузки.

Оставшись в Кильском университете, Домагк работал ассистентом в отделе химии и патологии, одновременно изучая возможности использования рентгеновских лучей при нефрите и раке в Институте патологии Грейфсвальда, где в 1924 г. стал приват-доцентом (внештатным преподавателем) по общей патологии и анатомии. В следующем году Домагк был назначен приват-доцентом Мюнстерского университета, а в 1928 г. – профессором общей патологии и патологической анатомии. В Грейфсвальде и Мюнстере он начал заниматься проблемами рака.

В 1927 г. германский химический концерн «И. Г. Фарбениндустри» пригласил Домагка, которому исполнилось 32 года, на должность директора экспериментальной научно-исследовательской лаборатории патологии и бактериологии в Вупперталь-Эльберфельде. Он оставался на этом месте до ухода на пенсию.

Открытие в 1910 г. фармакологом и иммунологом Паулем Эрлихом органического вещества сальварсана для лечения сифилиса дало толчок исследованиям других химических препаратов для лечения инфекционных заболеваний. Хотя и были достигнуты определенные успехи в использовании химиотерапии для лечения тропических болезней и заболеваний, вызванных простейшими, но только Домагк провел тестирование предполагаемых антибактериальных препаратов при бактериальных инфекциях, таких, как пневмонии и туберкулез.

Домагк начал систематический поиск возможного применения новых красителей в медицинской практике. Вещества сначала тестировали по их влиянию на некоторые виды микробов. Затем определяли толерантные дозы для лабораторных животных и, наконец, изучали эффективность их действия на инфекции у животных и людей. В 1932 г. Домагк обнаружил, что красный азокраситель, синтезированный химиками Фрицем Митчем и Джозефом Кларером и реализуемый химическим концерном «И. Г. Фарбениндустри» под названием «пронтозил» как краситель для быстрого окрашивания кожаных изделий, в комбинации с сульфонамидным радикалом оказывается эффективным против стрептококковых инфекций у мышей.

Экспериментальные результаты использования пронтозила как терапевтического препарата впервые были опубликованы в феврале 1935 г. в ставшей теперь классической статье «Немецкого медицинского еженедельника» («Deutsche Medizinische Wochenschrift»). Одной из первых пациенток, получивших лечение пронтозилом, стала дочь Домагка, Хильдегард, у которой была стрептококковая инфекция, устойчивая ко всем другим видам лечения. Когда дочь оказалась на пороге смерти, Домагк ввел ей большие дозы пронтозила, что и привело к быстрому выздоровлению.

Были проведены исследования влияния пронтозила на другие болезни человека, вызванные иными бактериями. Врачи выяснили, что хороший эффект применения пронтозила наблюдается при лечении цереброспинального менингита, пневмонии и гонореи. Сульфаниламидные препараты были немедленно введены в хирургическую и стоматологическую практику. Во Франции Даниеле Бове и другие исследователи обнаружили, что один из компонентов пронтозила, сульфаниламид, обладает аналогичным эффектом. Уже через год после появления пронтозила в коммерческой продаже «И. Г. Фарбениндустри» заявила, что создано более тысячи сульфаниламидных препаратов. Два из них, сульфапиридин и сульфатиазол, снижали смертность от пневмонии практически до нуля.

Открытие антибактериальных эффектов пронтозила, первого из так называемых сульфаниламидных препаратов, было одним из величайших терапевтических успехов в истории медицины. Рене Дюбо позднее выявил, что естественные вещества, вырабатываемые микроорганизмами, также могут оказывать антибактериальное действие, Александер Флеминг обнаружил эффекты пенициллина – и началась новая эра в медицине.

Домагк был награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине 1939 г. «за открытие антибактериального эффекта пронтозила». За три года до этого Адольф Гитлер, разгневанный фактом награждения антифашиста Карла фон Осецкого Нобелевской премией мира, запретил любому немцу получать Нобелевскую премию. После награждения Домагк был арестован, заключен на короткое время в тюрьму и принужден отказаться он награды. На церемонии награждения Нанна Шварц из Каролинского института, отметив важность работы Домагка, сказал, что «открытие пронтозила дало неожиданные перспективы в лечении инфекционных болезней. Основы этого беспрецедентного распространения химиотерапии за менее чем пятилетний период были заложены Домагком и его коллегами». Далее он добавил, что «тысячи и тысячи людей спасают каждый год при помощи пронтозила и его производных». В 1947 г. Домагк приехал в Стокгольм для получения диплома и золотой медали, но в соответствии с правилами премиальные деньги были возвращены в резервный фонд Нобелевского комитета, и он не мог их получить.

Во время второй мировой войны Домагк занялся исследованием туберкулеза и к 1946 г. смог сделать сообщение о туберкулостатическом эффекте сульфатиазола и сульфатиодиазола. Было также обнаружено, что тиосемикарбазоны и гидразид изоникотиновой кислоты являются эффективными препаратами в лечении больных туберкулезом, даже резистентных к стрептомицину. В последние несколько лет своей жизни Домагк заинтересовался проблемой рака и надеялся получить вещество для разрушения клеток злокачественных опухолей, не повреждающее другие клетки животных или человека.

Домагк получил многочисленные почетные награды, включающие медаль Эмиля Фишера Германского химического общества (1937), премию Камерона и звание профессора Эдинбургского университета (1938), золотую медаль Пауля Эрлиха университета во Франкфурте (1956) и орден Восходящего Солнца, присуждаемый правительством Японии (1960).

ФЛЕМИНГ, АЛЕКСАНДЕР (Fleming, Alexander) (1881-1955)

Английский бактериолог, удостоенный Нобелевской премии по физиологии и медицине 1945 (совместно с Х. Флори и Э. Чейном) за открытие пенициллина. Родился 6 августа 1881 в Локфилде (Шотландия). В 13 лет уехал к брату – лондонскому врачу. Поступил в Политехническую школу и после ее окончания устроился на службу в навигационную компанию. Однако работа не приносила ему удовлетворения, и, получив небольшое наследство от дяди, Флеминг решил поступить в медицинскую школу при больнице Св. Марии. Одновременно готовился к университетским экзаменам, которые успешно выдержал в 1902.

Одним из самых блестящих профессоров в больнице Св. Марии был Алмрот Райт, известный бактериолог и иммунолог. С 1906 Флеминг работал в его бактериологической лаборатории. Во время Первой мировой войны служил армейским врачом во Франции под началом Райта. На войне вопрос об иммунизации не стоял – раненые погибали от сепсиса, столбняка и гангрены. Пытаясь их спасти, хирурги применяли антисептики. Флеминг провел тщательное обследование инфицированных ран и показал неэффективность антисептиков.

В 1922 Флеминг обнаружил в тканях человека вещество, способное быстро лизировать некоторые микроорганизмы. Райт назвал новое вещество лизоцимом, стремясь отразить в названии, с одной стороны, его ферментативные свойства (энзиме), а с другой – способность к лизису, т.е. разрушению микроорганизмов. Казалось, что лизоцим – это природный антисептик, но, к сожалению, обнаружилось, что он малоэффективен против наиболее патогенных микроорганизмов.

Как это часто бывает в истории научных открытий, успех приходит к исследователю случайно. В 1929 колония стафилококков в лаборатории Флеминга была заражена плесневым грибом Penicillium notatum. Вещество, которое он выделял в культуральную среду, Флеминг назвал пенициллином. Дальнейшие исследования показали, что даже в больших дозах пенициллин нетоксичен для животных и способен убивать весьма устойчивые патогенные микроорганизмы. К сожалению, в больнице Св. Марии не было биохимиков, и Флеминг не смог получить пенициллин в пригодном для инъекций виде. Эту работу выполнили в Оксфорде Г.Флори и Э.Чейн лишь в 1938. Открытие пенициллина, а затем других антибиотиков произвело настоящую революцию в лечении инфекционных болезней.

В 1944 Флеминг был возведен в рыцарское достоинство. В 1946 стал профессором микробиологии Лондонского университета, в 1947 возглавил созданный при больнице Св. Марии Институт Райта-Флеминга, в 1951-1954 был ректором Эдинбургского университета. Умер Флеминг в Лондоне 11 марта 1955.

ЕРМОЛЬЕВА ЗИНАИДА ВИССАРИОНОВНА (1898-1974)

Говоря о Циолковском, употребляют выражение "отец русской космонавтики". Так вот, наверное, не будет преувеличением, если мы скажем, что З. В. Ермольева – мать русских антибиотиков. Всю свою жизнь она исследовала биохимию микробов, что привело её к теоретическому обоснованию процессов жизнедеятельности микроорганизмов, вызывающих болезни человека, и к практическому применению антибактериальных препаратов: пенициллина, лизоцима и бактериофагов. Ермольева – основатель отечественной науки об антибиотиках. Создание отечественного пенициллина было наиболее выдающимся её достижением. Велика её роль в организации его промышленного выпуска, а в дальнейшем – в создании новой отрасли промышленности – биотехнологии антибиотиков.

То, что первооткрывателем пенициллина был А. Флеминг, знают у нас многие. А вот кому известно, что З. В. Ермольева в условиях «железного занавеса» (с обеих сторон!) вела аналогичные исследования, не зная сначала об открытии Флеминга, что сама получила пенициллин, создала технологию производства антибиотика в годы войны и спасла этим десятки тысяч жизней? То, что в истории мировой науки Ермольева оказалась второй, ничуть не умаляет ее заслуг перед отечеством.

Антибиотики, холера – далеко не всё, чем занималась Ермольева.

Зинаида Виссарионовна Ермольева родилась в 1897 году. В 1916 г. З. В. Ермольева поступила в медицинский институт. Годы обучения Ермольевой в высшей школе – это годы мировой войны, революции и гражданской войны, сопровождавшиеся экономической разрухой в стране и широким распространением эпидемических болезней.

Замечательные учителя, особенно профессора В. А. Барыкин и П. Ф. Здродовский, способствовали увлечению Ермольевой микробиологии на втором курсе обучения. Она с большой теплотой вспоминала лекции Барыкина, много занимавшегося изучением холерных и холероподобных вибрионов. Профессору Барыкину она обязана своими первыми шагами в исследовании биохимии микробов, в познании микробиологической техники. Он же в более поздние годы настоял на ее переезде в Москву.

В 1921 году Зинаида Ермольева окончила медицинский факультет университета, с которым слился к тому времени Женский медицинский институт. Ее оставили ассистентом, затем доцентом кафедры микробиологии. Через некоторое время она параллельно стала работать и в Северо-Кавказском бактериологическом институте.

Сравнительно недолгий период преподавательской и научной деятельности Ермольевой в Ростове с 1921 по 1925 гг. был чрезвычайно плодотворным. Уже первые годы работы характеризовали ее как исследователя, обладающего особым талантом, научным предвидением, необыкновенной энергией и высокими человеческими качествами.

Основные труды по изучению холеры и антибиотикам. Изучила и ввела в практику (1931) лечебный препарат лизоцим. Получила первые образцы современных антибиотиков – пенициллина (1942), стрептомицина (1947), современные интерферон, экмоновоциллин, бициллины, экмолин, дипасфен.

Государственная премия СССР (1943). Награждена 2 орденами Ленина, 2 др. орденами, а также медалями.

(Соч.: Холера, М., 1942; Пенициллин. 2 изд. М. 1956; Стрептомицин. М. 1956; Антибиотики, бактериальные полисахариды и интерферон. М. 1968 (ред.)).

2 Взаимоотношения микроорганизмов в естественных условиях

В естественных субстратах (почва, водоемы, растительные и животные остатки и др.) микроорганизмы существуют как сложные ассоциации, внутри которых складываются разнообразные взаимоотношения. Эти взаимоотношения определяются, в первую очередь, физиолого-биохимическими особенностями организмов, а также соответствующими экологическими факторами, зависящими от многих причин: физического и физико-химического состояния среды; природы, концентрации и доступности основных частей субстрата, используемых микроорганизмами в качестве питательных веществ; наличия определенных видов организмов, характера их действия и многих других факторов. Иными словами, в естественных местах обитания микроорганизмов их взаимоотношения определяются взаимодействием между отдельными видами и между микроорганизмами и абиотической средой. Биологическая роль микроорганизмов и их значение в природных условиях определяются, прежде всего, характером биохимических процессов, осуществляемых этими организмами, спецификой наследственных свойств данного вида и экологическими факторами, в сфере действия которых развивается вид. Большое значение имеют также взаимоотношения между микроорганизмами, которые складываются в местах их естественного обитания; их формы могут быть весьма разнообразны: от мирного сожительства до явного антагонизма. Факторы, определяющие различные типы связей, которые складываются внутри микробиологических сообществ, можно условно объединить в две группы: трофическая (пищевая) и метаболическая, связанная с образованием разнообразных продуктов обмена веществ и выделением их в окружающую среду. Четкое разделение этих типов связей в мире микроорганизмов весьма затруднительно.

Трофическая группа связей у микроорганизмов может быть хорошо прослежена при так называемом метабиозе (последовательном использовании субстрата).

Метабиоз. В природе это явление распространено очень широко. При метабиозе продукты жизнедеятельности одного микроорганизма, содержащие еще значительное количество энергии, потребляются другими микроорганизмами в качестве питательного материала. Это почти всегда имеет место при последовательном использовании какого-либо одного сложного субстрата. Так, например, при использовании белковых веществ последовательно могут принимать участие в этом процессе аммонификаторы, нитрификаторы и денитрификаторы. Метабиоз наблюдается также в процессе совместного использования субстрата (синтрофия). Синтрофными называют связи, при которых субстрат используется одновременно несколькими видами микробов. Метаболическая группа связей характеризуется свойством микроорганизмов образовывать в процессе своей жизнедеятельности разнообразные продукты обмена веществ (метаболизма) и выделять их в окружающую среду. В результате этого одни микроорганизмы могут использовать отдельные продукты метаболизма (органические кислоты, аминокислоты, витамины и др.), для других организмов такие продукты обмена, как антибиотики, сероводород, пероксид водорода и др., являются ингибиторами роста. Характер связи и определяет специфику взаимоотношений организмов.

Симбиоз. Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов характеризуются тем, что два или более вида микробов при совместном развитии создают для себя взаимовыгодные условия. Типичным примером такого взаимоотношения является факт, описанный еще в 1863 г. Пастером в отношении совместного развития аэробных и анаэробных микроорганизмов. Развиваясь в аэробных условиях, микробы поглощают кислород и тем самым создают благоприятные условия для развития анаэробов. Имеются и другие примеры, иллюстрирующие это явление. Так, в кефирных зернах одновременно развиваются молочнокислые бактерии и дрожжи, получая при этом взаимовыгодные условия: молочнокислые бактерии, испытывая потребность в витаминах, получают их в результате развития дрожжей; в то же время дрожжи, благодаря подкислению среды молочнокислыми бактериями, получают благоприятные условия для своего развития. Примерно то же самое происходит и в «чайном грибе», где совместно развивается несколько видов уксуснокислых бактерий и дрожжей. В этом случае уксуснокислые бактерии превращают сахарозу в глюкозу и фруктозу, которые затем этой же группой бактерий окисляются до глюконовой и 5кетоглюконовой кислот. Образовавшиеся кислоты используются дрожжами. Дрожжи, синтезируя витамины, обеспечивают потребность в них уксуснокислых бактерий. К симбиотическому типу взаимоотношений относят протокооперацию, в основе, которой лежит принцип совместного использования субстрата; комменсализм – мирное сожительство разных видов микроорганизмов; мутуализм – совместное сожительство микроорганизмов, не способных существовать раздельно.

Антагонизм. В естественных условиях развития микробов довольно часто могут наблюдаться явления не только взаимно благоприятные, но и такие, при которых один вид микроорганизмов тем или иным способом угнетает или полностью подавляет рост и развитие других видов. Явление антагонизма широко распространено среди бактерий, актиномицетов, грибов и других организмов. Подробное рассмотрение антагонизма приведено ниже.

Паразитизм. Форма взаимоотношений, при которой развитие некоторых микробов происходит за счет веществ тела (клетки) других организмов, называется паразитизмом. Например, бактерии-паразиты в своем эволюционном развитии утратили способность синтезировать многие вещества; они получают их в готовом виде за счет своего хозяина. Хозяин же никакой пользы взамен от такого сожительства не получает. Бактерии – это, как правило, внеклеточные паразиты, а риккетсии и фаги (вирусы) являются внутриклеточными паразитами. Бактериофаг в клетке бактерии и, соответственно, актинофаг в клетке актиномицета развиваются, используя вещества этих микроорганизмов, иногда приводя своего хозяина к гибели. Нередко встречаются случаи, когда бактерии паразитируют на гифах грибов, имеется большая группа грибов-паразитов, развивающихся на других грибах. Паразитизм следует отнести к одной из форм антагонизма, однако этот тип взаимоотношений имеет специфические черты, а поэтому более рационально его рассматривать в качестве самостоятельной формы.

Хищничество. Исходя из общего определения понятия антагонизма, хищничество также должно быть, отнесено к антагонизму, однако в этом случае имеет место не только гибель клеток другого вида. Процесс хишничества состоит в том, что некоторые микробы поглощают клетки других видов микроорганизмов и используют их в качестве питательного материала. Часто подбор микробов для использования их как пищевых объектов носит избирательный характер. К числу микроорганизмов-хищников относятся главным образом миксоформы (миксобактерии, миксоамебы, миксомицеты). Имшенецкий и Кузюрина (1951) описали наиболее простой тип хищничества, характерный для миксококков. Последние могут использовать в качестве источника питания преимущественно продукты лизиса живых клеток других бактерий. Причем мертвые клетки бактерий менее пригодны для миксококка, чем живые клетки тех же видов. Рассмотрев различные типы взаимоотношений, существующие в мире микроорганизмов, можно прийти к заключению, что они еще не могут исчерпать все то разнообразие связей, которое имеет место среди микроорганизмов в природе. Надо полагать, что в естественных условиях таких четко очерченных форм взаимоотношений, о которых говорилось выше, вообще не наблюдается. На разных этапах роста организмов, а также в зависимости от условий их развития один тип взаимоотношения может сменяться другим, микробы, взаимодействующие в одном типе, могут меняться местами и т. д.

Распределение наиболее характерных форм взаимоотношений по вышеназванным типам, безусловно, облегчает рассмотрение этой проблемы. Однако оно еще не может полностью отразить всей сложности существующих в природе явлений. В ассоциациях могут находиться организмы, развивающиеся относительно независимо друг от друга. Такое относительно независимое существование микробов возможно в том случае, когда потребности в питательных веществах у организмов, входящих в ассоциацию, не совпадают, а также тогда, когда вещества, образуемые в процессе жизнедеятельности одним из организмов, не оказывают угнетающего или, наоборот, стимулирующего влияния на другой организм. В естественных условиях могут совместно существовать различные виды микроорганизмов, некоторые из которых способны даже вырабатывать антибиотические вещества. Такое существование может иметь место в том случае, если выделяемый антибиотик не оказывает вредного действия на своего соседа или если один из организмов активно защищается от угнетающего действия веществ, образуемых другим микробом. Известно, что многие микроорганизмы, способны активно разрушать токсические для них вещества, образуемые другими организмами. Так, например, ряд бактерий Escherichia coli, Bacillus subtilis. В. cereus. В. megatherium и др.) при определенных условиях развития образует фермент пенициллиназу, который разрушает пенициллин, выделяемый Penicillium notatum, P. chrisogenum и плесневыми грибами других видов. Известны случаи, когда некоторые бактерии способны использовать антибиотики, образуемые другими микроорганизмами, в качестве питательных веществ. В результате эти антибиотики, подавляющие развитие одних видов, являются благоприятным источником питания для других видов. Из почв выделены бактерии, способные утилизировать стрептомицин (антибиотик, обладающий высокой биологической активностью по отношению ко многим видам микробов) в качестве единственного источника азота и углерода. Все это свидетельствует о наличии довольно сложного и разнообразного характера взаимоотношений организмов, находящихся в естественных местах обитания.

Антагонизм в мире микроорганизмов . Антагонистические взаимоотношения микроорганизмов характеризуются тем, что один вид микробов тем или иным путем подавляет развитие или задерживает рост других микроорганизмов. На антагонистические свойства бактерий, стрептомицетов и плесневых грибов обращали внимание многие исследователи как у нас в стране, так и за рубежом еще в XIX в. Однако эти наблюдения носили разрозненный случайный характер, не могли быть обобщены в целостную систему учения об антагонизме, так как это явление в тот период не имело практического применения. Позднее обобщение отдельных фактов микробного антагонизма осуществил И. И. Мечников. Он наметил пути использования этого явления на практике. Учение Мечникова о преждевременной старости человека в связи с постоянной интоксикацией организма продуктами жизнедеятельности гнилостных бактерий кишечника и использование молочнокислых палочек простокваши для вытеснения этих гнилостных бактерий заложили научные основы современного учения об антагонизме микроорганизмов. Антагонизм широко распространен среди различных групп микроорганизмов. Его можно обнаружить у бактерий и стрептомицетов, грибов, водорослей и других групп. В зависимости от наследственных особенностей, а также в зависимости от различных экологических факторов и условий культивирования микроорганизмы могут проявлять антагонистические свойства по отношению к другим организмам. Это явление широко распространено в природе. Причины, вызывающие явление антагонизма, – самые разнообразные, и для оценки факторов, связанных с антагонизмом микроорганизмов, следует объединить эти явления в определенные группы. Если в качестве основы для этого использовать главный критерий антагонизма, а именно: причину, вызывающую проявление антагонистических свойств организма, то можно все известные к настоящему времени формы микробного антагонизма объединить в две основные группы: «пассивный» и «активный» антагонизм. Сущность «пассивного» антагонизма состоит в том, что угнетение роста одного вида микроорганизма другим может происходить только при определенных, иногда крайне ограниченных условиях развития этих организмов. Такие условия могут иметь место лишь при лабораторном культивировании микроорганизмов. В обычных естественных условиях роста подобного проявления антагонизма, как правило, не бывает. При «активном» антагонизме угнетение роста или полное подавление жизнедеятельности одного вида микроба другим происходит в результате обогащения окружающей среды продуктами обмена, выделяемыми организмами при развитии. Однако при определенных концентрациях этих продуктов метаболизма организмы, их продуцирующие, могут развиваться свободно. К группе «пассивного» антагонизма следует отнести:

а) взаимоотношения микроорганизмов, складывающиеся при совместном развитии разных видов, которые нуждаются в одних и тех же питательных веществах;

б) насильственный антагонизм. Антагонизм, обусловленный использованием разными организмами, развивающимися вместе, одних и тех же питательных веществ. При совместном развитии на одном и том же субстрате различных организмов, имеющих одинаковые потребности в питательных веществах, преимущественное положение в развитии будет у того микроорганизма, скорость роста которого выше скорости роста других организмов, его окружающих. Так, например, при одновременном высеве бактерий и актиномицетов на субстрат, вещества которого в равной степени необходимы для развития того и другого организма и при условии, что эти вещества находятся в ограниченном количестве, бактерии как организмы, имеющие наиболее высокий темп роста, овладевают быстрее субстратом и не дают возможности развиваться актиномицетам. Подобное явление можно наблюдать при одновременном высеве на МПА Е. coli или Pseudomonas fluorescens и некоторых видов актиномицетов. Однако угнетение роста актиномицета может иметь место лишь в том случае, если он не обладает способностью выделять специфические продукты жизнедеятельности, подавляющие развитие бактерий. Насильственный антагонизм. Ассистент И. И. Мечникова И. Шиллер еще в 1914 г. обратил внимание на то, что при совместном засеве в бульон ацидофильной палочки и стрептококка последний полностью погибает примерно через 18 ч культивирования (превращается в аморфную массу). Изучение этого явления показало, что ацидофильная палочка выделяет бактерицидные вещества, лизирующие стрептококки, причем выделение таких веществ происходит, только в присутствии стрептококка. Шиллеру удалось вызвать антагонизм у микроорганизмов, обладающих протеолитической активностью (B. mesentericus, В. subtilis, В. anthracis) по отношению к бактериям, не имеющим этих ферментов. Если поместить, например, сенную (В. subtilis) или картофельную (В. mesentericus) палочку одновременно со стрептококком на водный агар или просто в воду, отмечает Шиллер (1952), то при этом произойдет размножение палочек с выделением специфических бактериолизинов и растворение стрептококка. Шиллеру удалось получить эти лизины в концентрированном виде путем упаривания при температуре 37 °C культуральной жидкости, в которой происходило, например, развитие В. mesentericus. При добавлении бактериального лизина, предварительно разбавленного водой, к свежим клеткам стрептококков, находящимся в полноценной питательной среде, происходит лизис стрептококков. Итак, если бактериям, которые в естественных условиях не проявляют никаких признаков антагонизма, создать условия недостатка в среде питательных веществ (азотных или углеродных), то одна из бактерий, обладающая протеолитическими ферментами, может использовать в качестве питательного материала клетки других бактерий, не имеющих этих ферментов. В этом состоит основное свойство насильственного антагонизма. Шиллер показал, что при насильственном антагонизме использование живых клеток в качестве питательного материала происходит тем же способом, каким бактерии используют нерастворимые белковые вещества, т.е. путем выделения в окружающую среду протеолитических ферментов. Количество лизинов, по его мнению, зависит от количества клеток, подлежащих литическому действию. Вероятно, что лизины, получающиеся при насильственном антагонизме, являются теми продуктами жизнедеятельности бактериальной клетки, которые, нарушая обмен и вызывая гибель бактерий другого вида, растворяют ее. По функции убивать живые клетки микроорганизмов другого вида эти лизины по существу являются антибиотическими веществами, а по функции растворения предварительно убитой специфическим веществом обмена и превращенную таким образом в субстрат клетку лизины выступают как адаптивные протеолитические энзимы. Явление насильственного антагонизма наблюдали Надсон и Жолкевич (1922) при совместном выращивании гриба Spiaria purpurogenes и дрожжей. При таком культивировании дрожжи погибают в результате образования антагонистом пигмента, обладающего литическими свойствами.

Используя метод насильственного антагонизма актиномицета Streptomyces aureofaciens и дрожжей (производственный штамм «Шампанские»), Шурыгин (1972) получил новое антибиотическое вещество бализ. В группу «активного» антагонизма микроорганизмов следует включить взаимоотношения, обусловленные:

а) образованием микробами органических кислот, спиртов или других продуктов обмена, происходящим в результате использования отдельных компонентов субстрата;

б) образованием и выделением в окружающую среду антибиотических веществ. К этой группе следует отнести явления паразитизма и хищничества, о которых говорилось выше. Антагонизм, связанный с образованием органических кислот, спиртов или других продуктов обмена в результате использования отдельных компонентов среды. У ряда микроорганизмов способность образовывать те или иные продукты жизнедеятельности в процессе эволюционного развития сопровождалась параллельной адаптацией их к относительно высоким концентрациям этих веществ. В результате различные по свойствам и химической природе продукты, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, служили им орудием в борьбе за существование, подавляя или тормозя рост конкурентных организмов. Многие микроорганизмы (бактерии, плесневые грибы и др.) образуют в процессе развития из углеродсодержащих компонентов субстрата органические кислоты, которые резко изменяют активную кислотность среды и тем самым препятствуют развитию организмов других видов.

Такое явление может наблюдаться, например, в процессе смены микрофлоры свежего молока. В свежевыдоенном коровьем молоке содержатся как молочнокислые, так и гнилостные бактерии. При этом соотношение их при хранении молока меняется по данным Войткевич (1940) в определенной последовательности: вначале в молоке все бактериальные группы развиваются как бы независимо одна от другой, причем группа гнилостных бактерий преобладает над остальными микроорганизмами. Затем в результате развития молочнокислых бактерий происходит накопление молочной кислоты и среда (в данном случае молоко) значительно подкисляется. В этих условиях наблюдается угнетение развития гнилостных бактерий, а затем их полная гибель. Преобладающее место в молоке начинают занимать молочнокислые бактерии. Отношение различных видов молочнокислых бактерий к подкислению субстрата также не одинаково. В первый период развития молочнокислых бактерий, когда значение рН молока еще не очень низкое, в большой степени развиваются стрептококки. Достигнув максимального развития, стрептококки подавляются палочковидными молочнокислыми бактериями, приспособленными к более высоким концентрациям молочной кислоты и, следовательно, к более низкому рН субстрата. Образование лимонной кислоты грибами, как отмечал в 1947 г. В. Н. Шапошников, имеет двоякое значение. С одной стороны, образование кислоты является специфическим приспособлением к созданию среды, наиболее благоприятной для развития гриба. С другой – резкий сдвиг рН субстрата в кислую зону является средством устранения конкурентной микрофлоры, главным образом бактериальной, в большинстве случаев не способной развиваться в кислой среде. Приведенные примеры показывают, что образование бактериями и плесневыми грибами органических кислот обеспечивает этим организмам преимущественные условия в острой конкурентной борьбе с другими микробами. Борьба с конкурентной микрофлорой может также осуществляться путем резкого подщелачивания среды. Некоторые виды бактерий благодаря специфическому использованию отдельных компонентов субстрата так подщелачивают среду, в которой они размножаются, что она становится неблагоприятной для развития других видов микробов. Например, при развитии уробактерий на мясо-пептонном агаре (МПА), содержащем от 1 % до 5 % мочевины, происходит дезаминирование последней. При этом выделяется аммиак в таком количестве, которого достаточно для того, чтобы затормозить развитие других микроорганизмов. Отсутствие роста других микробов объясняется тем, что выделенный аммиак сильно (до рН 9,3) подщелачивает субстрат. Уробактерии в этих условиях растут очень хорошо. При совместном культивировании уробактерий с Sarcina aurantica или Е. coli на МПА или даже в почве происходит полное отмирание сарцин и кишечной палочки.

Таким образом, как при лабораторном культивировании, так и в естественных условиях развития уробактерий в присутствии мочевины происходит значительное подщелачивание среды в «результате образования аммиака. Это приводит к подавлению некоторых видов окружающей микрофлоры и вместе с тем не оказывает отрицательного влияния на развитие самих уробактерий. Иногда наряду с кислыми продуктами обмена некоторые микроорганизмы (ацетоноэтиловые, ацетонобутиловые бактерии, дрожжи и др.) образуют нейтральные продукты обмена, например спирты, которые также могут тормозить развитие некоторых видов микробов. Итак, значительное снижение активной кислотности (рН) среды в результате образования органических кислот или резкое подщелачивание субстрата при использовании мочевины и других веществ, или, наконец, образование нейтральных продуктов обмена приводит к подавлению роста некоторых видов микроорганизмов и в определенных границах не препятствует развитию тех организмов, которые образуют эти вещества. Антагонизм, обусловленный образованием антибиотических веществ. Наиболее существенной и наиболее яркой формой антагонизма, широко распространенной в мире микроорганизмов, является образование специфических продуктов обмена, угнетающих или полностью подавляющих развитие организмов других видов. Такие вещества получили название антибиотиков. Явление антагонизма в мире микроорганизмов может быть широко использовано в практике здравоохранения и сельского хозяйства, здесь для этого имеются большие перспективы. Живые микробы-антагонисты находят применение в медицинской практике для борьбы с дисбактериозами и кандидомикозами, возникающими иногда при применении антибиотиков широкого спектра действия, для терапии и профилактики различных инфекционных заболеваний. Антагонизм между микроорганизмами привлекает внимание ученых и практиков сельского хозяйства для использования его в борьбе с фитопатогенными организмами, причиняющими немалый вред сельскохозяйственному производству.

3 Выделение продуцентов антибиотических веществ и методы определения их биологического действия