Антибиотики (термин происходит от Анти… и греческого bĺоs — жизнь[en], далее по тексту — «А.») — это вещества биологического происхождения, синтезируемые микроорганизмами и подавляющие рост бактерийБактерии — группа микроскопических, преимущественно одноклеточных организмов. Шаровидные (кокки), палочковидные (бациллы, клостридии, псевдомонады), извитые (виброны, спириллы, спирохеты). Способны расти как в присутствии атмосферного кислорода (аэробы), так и в его отсутствии (анаэробы). Многие бактерии являются возбудителями болезней животных и человека. и других микробовМикробы (от микро… и греческого bios — жизнь) — то же, что микроорганизмы. Микроорганизмы — мельчайшие, преимущественно одноклеточные, организмы, видимые только в микроскоп: бактерии, микроскопические грибы и водоросли, простейшие. Иногда к микроорганизмам относят вирусы., а также вирусов и клеток. Многие А. способны убивать микробов. Иногда к антибиотикам относят также антибактериальные вещества, извлекаемые из растительных и животных тканей.
Каждый антибиотик характеризуется специфическим избирательным действием только на определённые виды микробов. В связи с этим различают А. с широким и узким спектром действия. Первые подавляют разнообразных микробов (например, тетрациклин действует как на окрашивающихся по методу Грама (грамположительных), так и на неокрашивающихся (грамотрицательных) бактерий, а также на риккетсийРиккетсии — мелкие болезнетворные бактерии, размножающиеся подобно вирусам только в клетках хозяина. Возбудители риккетсиозов человека и животных.); вторые — лишь микробов какой-либо одной группы (например, эритромицин и олеандомицин подавляют лишь грамположительные бактерии). В связи с избирательным характером действия некоторые А. способны подавлять жизнедеятельность болезнетворных микроорганизмовМикроорганизмы (микробы) — мельчайшие, преимущественно одноклеточные организмы, видимые только в микроскоп: бактерии, микроскопические грибы, простейшие, иногда к ним относят вирусы. Характеризуются огромным разнообразием видов, способных существовать в различных условиях (холода, жары, воды, засухи). в концентрациях, не повреждающих клеток организмаОрганизм (от средне-векового латинского organizo — устраиваю, сообщаю стройный вид) — живое существо, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи. Большинство организмов имеет клеточное строение. хозяина, и поэтому их применяют для лечения различных инфекционных заболеваний человека, животных и растений.
Микроорганизмы, образующие антибиотики, являются антагонистами окружающих их микробов-конкурентов, принадлежащих к другим видам, и при помощи А. подавляют их рост. Мысль об использовании явления антагонизма микробов для подавления болезнетворных бактерий принадлежит русскому биологуБиология (от греческого bios — жизнь и logos — слово, учение) — совокупность наук о живой природе — об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. и патологуПатология (от греческого pathos — страдание, болезнь и logos — слово, учение) — область теоретической и клинической медицины, изучающая патологические процессы (общая патология) и отдельные заболевания (частная патология); включает патологическую анатомию, патологическую физиологию. Патологией называется также любое отклонение от нормы., одному из основоположников эволюционной эмбриологии Илье Ильичу Мечникову, который предложил употреблять молочнокислые бактерии, обитающие в простокваше, для подавления вредных гнилостных бактерий, находящихся в кишечнике человека.
До 40-х годов 20 века антибиотики, обладающие лечебным действием, не были выделены в чистом виде из культур микроорганизмов. Первым таким А. был тиротрицин, полученный американским учёным, микробиологом Рене Жюлем Дюбо (1939) из культуры почвенной споровой аэробнойАэробы — организмы, способные жить только в присутствии кислорода (почти все животные и растения, многие микроорганизмы). палочки Bacillus brevis. Сильное лечебное действие тиротрицина было установлено в опытах на мышах, зараженных пневмококками.
В 1940 году английские учёные Хауард Уолтер Флори и Джон Чейн, работая с пенициллиномПенициллины — антибиотики, образуемые пенициллами или получаемые полусинтетически. Открыты в 1929 году английским микробиологом Александером Флемингом. В широкую медицинскую практику вошли в 1943-44 годах, главным образом благодаря работам Х. Флори и английского биохимика Эрнста Бориса Чейна в Великобритании и США и российского микрбиолога Зинаиды Виссарионовны Ермольевой. Пенициллины обладают широким спектром антимикробного действия; малотоксичны; могут вызывать аллергические реакции., образуемым плесневым грибомГрибы, грибки — группа растений, вызывающие те или иные заболевания, а также используемые для производства антибиотиков. Наиболее важное значение в патологии человека и практическое промышленное применение имеют три большие группы грибков — плесневые, дрожжевые (и дрожжеподобные) и дерматомицеты, или дерматофиты (паразиты кожи, волос и ногтей). Penicillium notatuip, открытым английским микробиологом и бактериологом Александером Флемингом в 1929 году, впервые выделили пенициллин в чистом виде и обнаружили его замечательные лечебные свойства. В 1942 год советские учёные Георгий Францевич Гаузе, М. Г. Бражцикова получили из культуры почвенных бактерий грамицидинГрамицидин — лекарственный препарат из группы антибиотиков, обладающий бактериостатическим и бактерицидным действием в отношении стренто- и стафилококков, возбудителей анаэробной инфекции и др. микробов.
Применяют местно в виде растворов и пасты при лечении гнойных и воспалительных заболеваний, язв, пролежней и др., а также в виде пасты как противозачаточное средство. С, а в 1944 американский учёный, микробиолог Зельман Абрахам Ваксман получил стрептомицин из культуры актиномицета Streptomyces griseus.
Описано около 2000 различных антибиотиков из культур микроорганизмов, но лишь немногие из них (около 40 штук) могут служить лечебными препаратами, остальные по тем или иным причинам не обладают химиотерапевтическим действием.
Антибиотики можно классифицировать по их происхождению (из грибов, бактерий, актиномицетов и др.), химической природе или по механизму действия.
Антибиотики из грибов
Важнейшее значение имеют А. группы пенициллина, образуемые многими расами Penicillium notatum, P. chrysogenum и другими видами плесневых грибов. Пенициллин подавляет рост стафилококковСтафилококки — род шаровидных бактерий. Встречаются на коже животных и человека, в воздухе. Вызывают стафилококковую инфекцию. в разведении 1 на 80 млн. и мало токсичен для человека и животных. Он разрушается энзимом пенициллиназой, образуемой некоторыми бактериями. Из молекулы пенициллина было получено её «ядро» (6-аминопенициллановая кислота), к которому затем химически присоединили различные радикалы. Так, были созданы новые «полусинтетические» пенициллины (метициллин, ампициллин и другие), не разрушаемые ценициллиназой и подавляющие некоторые штаммы бактерий, устойчивые к природному пенициллину.
Другой антибиотик — цефалоспорин С — образуется грибом Cephalosporium. Он обладает близким к пенициллину химическим строением, но имеет несколько более широкий спектр действия и подавляет жизнедеятельность не только грамположительных, но и некоторых грамотрицательных бактерий. Из «ядра» молекулы цефалоспорина (7-аминоцефалоспорановая кислота) были получены его полусинтетические производные (например, цефалоридин), которые нашли применение в медицинской практике. А. гризеофульвин был выделен из культур Penicillium griseofulvum и других плесеней. Он подавляет рост патогенныхПатогенность, патогенный (болезнетворность, болезнетворный) (от греческого pathos — страдание, болезнь и …ген)— способность микроорганизмов вызывать инфекционные заболевания. Зависит от вирулентности микроба и восприимчивости организма. грибков и широко используется в медицине.
Антибиотики из актиномицетов
Антибиотики из актиномицетов весьма разнообразны по химической природе, механизму действия и лечебным свойствам. Ещё в 1939 году росские[en] микробиологи Николай Александрович Красильников и А. И. Кореняко описали антибиотик мицетин, образуемый одним из актиномицетов.
Первым А. из актиномицетов, получившим применение в медицине, был стрептомицин, подавляющий наряду с грамположительными бактериями и грамотрицательными палочки туляремии, чумы, дизентерии, брюшного тифа, а также туберкулёзную палочку. Молекула стрептомицина состоит из стрептидина (дигуанидиновое производное мезоинозита), соединённого глюкозидной связью со стрептобиозамином (дисахаридом, содержащим стрентозу и метилглюкозамин). Стрептомицин относится к А. группы воднорастворимых органических оснований, к которой принадлежат также А. аминоглюкозиды (неомицин, мономицин, канамицин и гентамицин), обладающие широким спектром действия.
Часто используют в медицинской практике антибиотики группы тетрациклина, например хлортетрациклин (синонимы: ауреомицин, биомицин) и окситетрациклин (синоним: террамицин). Они обладают широким спектром действия и наряду с бактериями подавляют риккетсий (например, возбудителя сыпного тифа).
Воздействуя на культуры актиномицетов, продуцентов этих антибиотиков, ионизирующей радиацией или многими химическими агентамиАгенты — действующие химические вещества, микроорганизмы, обуславливающие признаки и течение определенного заболевания., удалось получить мутанты, синтезирующие А. с измененным строением молекулы (например, деметилхлортетрациклин). А. хлорамфеникол (синоним: левомицетин), обладающий широким спектром действия, в отличие от большинства других А., производят в последние годы путём химического синтеза, а не биосинтеза. Другим таким исключением является противотуберкулёзный А. циклосерин, который также можно получать промышленным синтезом. Остальные А. производят биосинтезом. Некоторые из них (например, тетрациклин, пенициллин) могут быть получены в лаборатории химическим синтезом; однако этот путь настолько труден и нерентабелен, что не выдерживает конкуренции с биосинтезом.
Значительный интерес представляют антибиотики макролиды (эритромицин, олеандомицин), подавляющие грамположительные бактерии, а также А. полиены (нистатинНистатин — лекарственный противогрибковый препарат из группы антибиотиков. Применяют в таблетках для лечения и профилактики кандидамикоза, выпускают также нистатиновую мазь для наружного применения., амфотерицин, леворин), обладающие противогрибковым действием.
Известны А., образуемые актиномицетами, которые оказывают подавляющее действие на некоторые формы злокачественных новообразований и применяются в химиотерапии рака, например актиномицин (синонимы: хризомаллин, аурантин), оливомицин, брунеомицин, рубомицин С. Интересен также А. гигромицин В, обладающий противогельминтным действием.
Антибиотики из бактерий
Антибиотики из бактерий в химическом отношении более однородны и в подавляющем большинстве случаев относятся к полипептидамПолипептиды — полимеры, построенные из остатков аминокислот (от 6-10 до нескольких десятков). Условная граница между полипептидами и белками лежит в области молекулярной массы 6000 (ниже нее — полипептиды, выше — белки).
Многие антибиотики, гормоны, токсины по химической природе — полипептиды. Осуществлен химический синтез многих полипептидов.. В медицине используют тиротрицин и грамицидин С из Bacillus brevis, бацитрацин из Bac. subtilis и полимиксин из Bac. polymyxa. Низин, образуемый стрептококками, не применяют в медицине, но употребляют в пищевой промышленности в качестве антисептикаАнтисептика — метод предупреждения заражения и лечения инфицированных ран воздействием на патогенные микробы химическими (антисептические средства) или биологическими (антибиотики) методами., например при изготовлении консервов.
Антибиотические вещества из животных тканей
Наиболее известны среди них: лизоцимЛизоцим — фермент, взаимодействующий с сахарами определенных типов в клеточной стенке бактерий и разрушающий оболочки бактериальных клеток., открытый английским учёным Александером Флемингом в 1922 году; это энзим — полипептид сложного строения, который содержится в слезахСлезы — секрет слезных желез, прозрачная солоноватая жидкость, омывающая поверхность глазного яблока и конъюнктиву. Обладает дезинфицирующими свойствами, содержит бактерицидное вещество лизоцим. У человека в норме выделяется за сутки 0,51 мл слез., слюнеСлюна — секрет слюнных желез, содержит около 99% воды, слизь, соли, ферменты — амилазу, расщепляющую крахмал, лизоцим, обладающий бактерицидными свойствами, и др. вещества. Смачивает разжевываемую пищу, способствуя превращению ее в легко проглатываемый комок., слизиСлизь — жидкий секрет, продуцируемый особыми железами. носа, селезёнке, лёгких, яичном белке и др., подавляет рост сапрофитных бактерий, но слабо действует на болезнетворных микробов; интерферонИнтерферон — низкомолекулярный защитный белок, синтезируемый в организме и клеточных культурах и подавляющий репродукцию вирусов, а также размножение других внутриклеточных паразитов (риккетсии, малярийный плазмодий и др.); используется для профилактики и лечения вирусных болезней. — также полипептид, играющий важную роль в защите организма от вирусных инфекций; образование его в организме можно повысить с помощью специальных веществ, называемых интерфероногенами.
Классификация антибиотиков по химическому строению
Антибиотики могут быть классифицированы не только по происхождению, но и разделены на ряд групп на основе химического строения их молекул. Такая классификация была предложена российским учёными, химиками Михаилом Михайловичем Шемякиным и Александром Степановичем Хохловым: А. ациклического строения (полиены нистатин и леворин); алициклического строения; А. ароматического строения; А. — хиноны; А. — кислородсодержащие гетероциклические соединения (гризеофульвин); А. — макролиды (эритромицин, олеандомицин); А. — азотсодержащие гетероциклические соединения (пенициллин); А. — полипептиды или белки; А. — депсипептиды (смотрите таблицу).
Классификация антибиотиков их действию
Третья возможная классификация антибиотиков основана на различиях в молекулярных механизмах действия А. Например, пенициллин и цефалоспорин избирательно подавляют образование клеточной стенки у бактерий. Ряд А. избирательно поражает на разных этапах биосинтез белка в бактериальной клетке; тетрациклины нарушают прикрепление транспортной рибонуклеиновой кислоты (РНКРНК — рибонуклеиновые кислоты.) к рибосомамРибосомы — внутриклеточные частицы, состоящие из РНК и белков, участвуют в биосинтезе белка. Обнаружены в клетках всех живых организмов. бактерий; макролид эритромицин, как и линкомицин, выключает передвижение рибосомы по нити информационной РНК; хлорамфеникол повреждает функцию рибосомы на уровне ферментаФерменты (от латинского «закваска») — биологимческие катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Осуществляют превращение веществ в организме, направляя и регулируя тем самым обмен веществ. По химической природе — белки.
Каждый вид ферментов катализирует превращение определенных веществ (субстратов), иногда лишь единственного вещества в единственном направлении. Поэтому многочисленные биохимические реакции в клетках осуществляет огромное число различных ферментов. Ферментные препараты широко применяют в медицине. пептидилтранслоказы; стрептомицин и аминоглюкозидные А. (неомицин, канамицин, мономицин и гентамицин) искажают «считывание» генетического кода на рибосомах бактерий.
Другая группа А. избирательно поражает биосинтез нуклеиновых кислот в клетках также на различных этапах: актиномицин и оливомицин, вступая в связь с матрицей дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), выключают синтез информационной РНК; брунеомицин и митомицин реагируют с ДНКДНК — дезоксирибонуклеиновые кислоты, тип нуклеиновых кислот, участвуют в реализации генетической информации. по типу алкилирующих соединений, а рубомицин — путём интеркаляции. Наконец, некоторые антибиотики избирательно поражают биоэнергетические процессы: грамицидин С, например, выключает окислительное фосфорилирование.
Выбор антибиотиков для лечения
Устойчивость микроорганизмов к антибиотикам — важная проблема, определяющая правильный выбор того или иного препарата для лечения больного. В первые годы после открытия пенициллина около 99% патогенных стафилококков были чувствительны к этому А.; в 60-е годы к пенициллину остались чувствительны уже не более 20 — 30%.
Рост устойчивых форм связан с тем, что в популяциях бактерий постоянно появляются устойчивые к А. мутанты, обладающие вирулентностью и получающие распространение преимущественно в тех случаях, когда чувствительные формы подавлены А. С популяционно-генетической точки зрения, этот процесс обратим. Поэтому при временном изъятии данного А. из арсенала лечебных средств устойчивые формы микробов в популяциях вновь заменяются чувствительными формами, которые размножаются более быстрым темпом.
Производство антибиотиков
Промышленное производство антибиотиков ведётся в ферментерах, где продуцирующие А. микроорганизмы культивируются в стерильных условиях на специальных питательных средах. Большое значение при этом имеет селекция активных штаммов, для чего предварительно используются различные мутагены с целью индукции активных форм. Если исходный штамм продуцента пенициллина, с которым работал Флеминг, образовывал пенициллин в концентрации 10 ЕД/мл, то современные продуценты образуют пенициллин в концентрации 16 000 ЕД/мл. Эти цифры отражают прогресс технологии. Синтезированные микроорганизмами А. извлекают и подвергают химической очистке. Количественное определение активности А. проводят микробиологическими (по степени антимикробного действия) и физико-химическими методами.
Антибиотики широко применяют в медицине, сельском хозяйстве и различных отраслях пищевой и микробиологической промышленности. (Г. Ф. Гаузе)
Основой лечения любых почечных 
