История возникновения лекарств антибиотики. Антибиотики: классификация, правила и особенности применения

В то время как научные исследования на тему антибиотиков ведутся относительно с недавних пор, практически применяются они уже много веков. Самый первый известный нам антибиотик появился в Китае две с половиной тысячи лет назад. В то время, китайцы обнаружили, что если прикладывать створожившееся соевое молочко к месту поражения инфекцией, то такой компресс оказывает определенное терапевтическое действие. Средство было настолько эффективным, что стало стандартным выходом из ситуации.

Исторические свидетельства гласят о том, что и в других культурах использовались вещества наподобие антибиотиков. В Судано-нубийской цивилизации тип тетрациклина использоавалося уже в 350 году. В Европе в Средние века экстракты растений и сырная сыворотка использовались для лечения инфекций. Невзирая на то, что эти культуры уже использовали антибиотики, научные основы их деятельности были выведены только в двадцатом веке.
Развитие современных антибиотиков зависело от нескольких ключевых личностей, которые продемонстрировали всему миру, что материалы, произошедшие от микроорганизмов, могут быть использованы для лечения инфекционных заболеваний. Одним из первых пионеров науки стал Луи Пастер. В 1877 году он и его сотрудник обнаружили, что рост болезнетворной бактерии можно остановить, если запустить к ней другую бактерию. Они показали, что огромные количество бацилл сибирской язвы не причинят никакого вреда животным, если их давать вместе с бактериями сапрофитами. Исследования, проведенные другими учеными в последующие годы окончательно подтвердили вердикт: материалы на основе бактерий могут убивать болезнетворные микроорганизмы.

День 30 сентября 1928 года, ровно 80 лет назад, можно с полным правом назвать одним из самых поворотных в истории человечества. Александр Флеминг (Alexander Fleming) сделал один из самых значительных вкладов в области антибиотиков. Во время произведения одного из экспериментов он обнаружил, что штамм зеленой пенициллиновой бактерии истребил бактерии на агатовой пластинке. Это привело к разработке антибиотика новой эры - пенициллина.
Еще в годы Первой мировой войны раненые погибали от сепсиса, столбняка и гангрены. Пытаясь их спасти, хирурги применяли антисептики. Флеминг провел тщательное обследование инфицированных ран и показал неэффективность антисептиков. Нужно было нечто другое, способное обладать ранозаживляющими действиями.
Почему это спасительное лекарство было названо пенициллином? Разгадка проста. Для своих опытов в конце 20-х годов Флеминг использовал плесневый гриб Penicillium notatum, а продукт его жизнедеятельности назвал именно так. Непосвященному человеку трудно понять, как плесень может способствовать победе человеческого организма над микробами и вирусами? Хорошо еще, что Флеминг ни в чем не сомневался, а зачастую действовал на грани алогизма. В противном случае, это научное открытие несколько задержалось бы…
В медицину Александр Флеминг попал в 1902 году, когда поступил в медицинское училище Сент-Мэри. Он учился блестяще, обладая разнообразными знаниями. Причем, практические занятия были посвящены не только узкой специальности: Алеку приходилось и роды на дому принимать, и незначительные хирургические операции делать, правда последнее он не любил, испытывая отвращение к «работе» на живом теле…

В то время одним из самых блестящих профессоров Сент Мэри считался Алмрот Райт, уже известный тогда бактериолог. Он создал при больнице Бактериологическое отделение, где с утра до вечера толкались несколько десятков восторженных учеников. Был среди них и Александр Флеминг, которого профессор считал наиболее перспективным. И даже когда разразилась Первая мировая война и Райт отправился служить армейским врачом во Францию, ассистентом он взял именно Флеминга.
Вот так, шаг за шагом и приблизился Александр к своему открытию. Справедливости ради следует сказать, что в 1928 году, когда был открыт пенициллин, его научились не сразу добывать в готовом для инъекций виде. Но все равно, рано или поздно, он «пришел» в больницы…

В 1945 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена совместно Флемингу, Чейну и Флори «за открытие, пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях». А годом раньше Александр был возведен в рыцари…

В последующие 10 лет Александр Флеминг был удостоен 25 почетных степеней, 26 медалей, 18 премий, 13 наград и почетного членства в 89 академиях наук и научных обществах. Остается добавить, что он был вполне счастлив в браке, его супруга Сара, которую звали Сарин, была старшей медицинской сестрой и держала частную клинику в центре Лондона. Произошло это событие 23 декабря 1915 года. Алек был тогда молодым врачом, подающим надежды. Но то, как отзывалась о своем муже Сарин, следует записать и выучить каждой жене: ««Алек - великий человек, но никто пока этого не знает». Ради таких слов можно было горы свернуть!
Кстати, и ее родная сестра, Элизабет, овдовев, вышла замуж за брата Алека - Джона. Александр очень трепетно относился к своим детям, посвящая им много времени, был прекрасным отцом. Однако многое в доме держалось именно на Сарин, ведь ее муж был настолько невозмутим, что это трудно представить. Вот только один пример, о котором рассказала жена Алека: «Мы с ним и малышом отправились на лодке удить рыбу. Неожиданно Флеминг подсек щуку. Ребенок в возбуждении вскочил и упал в речку. Флеминг остался сидеть, он следил, чтобы отчаянно бившаяся рыба не ушла, и наблюдал, как я вытаскивал мальчика. Удочку он так и не бросил...»
Сэра Флеминга не стало 11 марта 1955 года. Он скончался на руках у своей второй жены Амалии (Сарин к тому времени умерла). Амалия, как и муж, тоже была врачом-микробиологом…

Двумя годами позже в 1932 году была напечатана инструкция, как лечить инфицированные раны при помощи пенициллина. Но, все же, невзирая, на эффективность первых результатов с пенициллином, на него тоже нельзя было надеяться, и понадобились новые разработки в этой сфере. Улучшения не заставили себя ждать, и в сороковых годах Говард Флори (Howard Florey) и его соратники представили новый более плодовитый штамм пенициллиновых бактерий, который позволил заняться промышленным производством антибиотика.
После открытия пенициллина появились и другие антибиотики. В 1939 году началась работа над извлечением антибиотика из бактерии стрептомиции. Где-то в это же время возник и сам современный термин - антибиотик. Селман Воксмен (Selman Waxman) и его соратники вывели стрептомицин уже через пять лет - в 1944. Современные биологичекие исследования привели к возникновению таких препаратов, как актиномицин, неомицин и стрептотрицин на базе все той же бактерии.
С того времени были выведены такие антибиотики, как бацитрацин, полимиксин, виомицин, хлорамфеникол и тетрациклины. Начиная с семидесятых годов прошлого века практически все природные антибиотики получили синтетические аналоги.

ГБОУ города Москвы Гимназия №1505

«Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория»

Реферат
Устойчивость бактерий к антибиотикам

Алексеенок Мария

Руководитель: Ноздрачева А. Н.

Глава 1. Антибиотики ………………..……………………………….…………………11

Что такое антибиотики? ……………..……………………………….….………4
История создания антибиотиков …..……………………………….……………4
Как антибиотики воздействуют на бактерии? ..………………….……………4
Почему антибиотик не убивает клетки хозяйского организма? …..…………..5
Возникновение устойчивости бактерий к антибиотикам ……………….……5

……………………6

Глава 3.Горизонтальный перенос генов ………………….………………………….8

Глава 4.Биопленки ………………………..………………..……………………….…..9

Заключение ………………………………………………………………………………..10

Список литературы ………………………………….…………………………………..10
Введение

В наше время в медицине широко используются антибиотики. Но в процессе их использования, обнаружилось возникновение устойчивости к антибиотикам у бактерий. И чем дольше человечество лечится антибиотиками, тем быстрее бактерии приспосабливаются к новым препаратам, так как отбираются не только сами гены устойчивости, но и механизмы их быстрого приобретения патогенными бактериями. Наука начала исследовать причины данного явления и выявила несколько механизмов устойчивости бактерий к антибиотикам.

Эта тема рассмотрена многими учеными, и потому написана научным языком. Меня проблема устойчивости заинтересовала по двум причинам. Во-первых, у меня заболел дедушка, и в процессе его лечения возникла проблема, так как бактерии-возбудители его болезни оказались устойчивыми практически ко всем антибиотикам. Также моя мама занимается изучением этой проблемы, и мне стало интересно разобраться в этой теме. Я поняла, что эта проблема действительно важна для всех. Поэтому я решила написать про устойчивость бактерий к антибиотикам понятным для школьников языком.

Целью моего реферата, является изучение и изложение понятным для школьников языком механизмов устойчивости бактерий к антибиотикам.

Мной были поставлены следующие задачи:

1. Дать определение антибиотикам

2. Рассказать, кто и когда открыл антибиотики.

3. Описать механизм действия антибиотиков на бактерии.

4. Ответить на вопрос: «Почему антибиотик не убивает эукариотические клетки?»

5. Описать механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам.

6. Рассказать, что такое биопленки и горизонтальный перенос генов, и какую роль они играют в устойчивости бактерий к антибиотикам.

Структура работы: реферат состоит из введения, глав с теоретическим обзором, заключения и источников.

Глава 1. Антибиотики

1.1 Что такое антибиотики?

Изначально антибиотики определялись как органические вещества природного или полусинтетического происхождения, способные убивать бактерии или замедлять их рост. В последнее время врачи и ученые перестали разделять понятия антибиотики и химиопрепараты (антибиотики полностью синтетического происхождения) .

1.2 История создания антибиотиков

Еще с древних времен люди использовали плесень для обеззараживания ран. Но первый антибиотик (пенициллин) был открыт в 1928 году Александром Флемингом. Пенициллин для лечебного применения разработали ученые Флори и Чейн .

После открытия пенициллина ученые открыли множество других антибиотиков, таких как: актиномицин, неомицин, стрептотрицин, бацитрацин, полимиксин, виомицин, хлорамфеникол. Учеными были разработаны химические модификации природных антибиотиков, обладающие лучшими лечебными свойствами. Они были менее токсичны, дольше не разрушались в организме человека, лучше проникали в органы и ткани, были способны подавлять больше видов бактерий .
1.3. Как антибиотики воздействуют на бактерии?

Антибиотик необратимо связывается с мишенью (ферментами, участвующими в синтезе ДНК, РНК, белков и клеточной стенки), что приводит к остановке ключевой (жизненно важной) реакции. В результате этого, бактерия гибнет или перестает делиться (рис.1) .

Рисунок 1. Механизм действия антибиотиков на бактерии.

1.4. Почему антибиотик не убивает клетки хозяйского организма?

Поскольку структура эукариотических белков, отвечающих за ключевые биохимические реакции в клетке, отличается от прокариотических, то антибиотики, действующие на бактерии, не токсичны для эукариотов. Самой безопасной группой антибиотиков являются пенициллины, так как они нарушают образование пептидогликана, входящего в состав клеточной стенки бактерий. А у эукариот пептидогликан не образуется .

1.5. Возникновение устойчивости бактерий к антибиотикам

Создание первых антибиотиков помогло человечеству справиться со многими смертельными заболеваниями. Например, с туберкулезом, воспалением легких, различных стафилококковых инфекций и многих других. Однако, чуть более чем через 10 лет после начала применения первых антибиотиков выяснилось, что у бактерий возникает к ним устойчивость. Кроме этого в последние годы ученые обнаружили, что теперь к новым антибиотикам устойчивость возникает быстрее, чем раньше. Многолетние научные исследования всех проблем, связанных с возникновением устойчивости у бактерий, выявили три основные причины этого явления. Первая – горизонтальный перенос генов

устойчивости, вторая – возникновение спонтанных мутаций и третья – образование бактериями биопленок.

А теперь детально остановимся на основных механизмах и путях возникновения устойчивости к антибиотикам.

Глава 2. Механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам
Рисунок 2. Биохимические механизмы лекарственной устойчивости. Составлено на основании схемы, приведенной в статье С. З. Миндлин, М.А. Петрова, И. А. Басс, Ж. М. Горленко. Происхождение, эволюция и миграция генов лекарственной устойчивости // Генетика.

2006. Т. 42. №11. С. 1495.
Различные биохимические механизмы приводят к устойчивости бактерий к антибиотикам (рис. 2) .

Выделяют следующие механизмы:

Снижение проницаемости мембраны.
Активный вынос антибиотика из клетки.
Инактивация антибиотика.
Модификация антибиотика.
Модификация молекулы-мишени.

Известны также и другие более редкие механизмы устойчивости.

Первый механизм заключается в снижении проницаемости клеточной мембраны за счет изменения ее химического состава.

Если же антибиотик проник в бактерию, то он может либо активно выносится из клетки, либо инактивироваться. Активный транспорт антибиотика из клетки происходит благодаря работе специализированных белков, которые образуют трансмембранные помпы, транспортирующие антибиотики. Инактивация происходит за счет того, что бактерия образует специальные ферменты, которые изменяют химическую структуру антибиотика, в результате чего он теряет свою антибактериальную активность. Изменения химической структуры могут происходить путем деградации или модификации антибиотика. Деградация – процесс разрушения молекулы антибиотика, например за счет гидролиза. Модификация – процесс изменения структуры молекулы антибиотика, например за счет присоединения дополнительных функциональных химических групп.Функциональная группа - структурный фрагмент органической молекулы (некоторая группа атомов), определяющий её химические свойства .

Другим механизмом является модификация молекулы-мишени бактерии, в результате чего нарушается связывание антибиотика и мишени. Мишень – это молекула, с которой связывается антибиотик и нарушает ее функции, что в результате убивает бактерию. Чаще всего мишенями служат ДНК-полимераза, РНК-полимераза, рибосома. А для ß-лактамаз мишенью является дипептид, из которого формируется клеточная стенка. Модификация мишени происходит за счет возникновения спонтанных генных мутаций или наличия специальных генов. Устойчивость к рифампицину — яркий пример устойчивости, возникшей за счет генной мутации. Рифампицин связывается с одним из белков (бэта-субъединицей), входящим в состав РНК-полимеразы, в результате чего происходит инактивация всего фермента. Устойчивость к рифампицину возникает в результате мутаций в гене, кодирующем бэта субъединицу. Это происходит за счет трансверсии последовательности AT в TA. В результате в белке бэта-субъединицы аспарагиновая кислота заменяется на валин. В результате этого рифампицин уже не способен связываться с таким измененным ферментом. Относительно высокая частота возникновения мутаций в гене бэта-субъединицы РНК-полимеразы приводит к быстрому отбору устойчивых мутантов, что в значительной степени ограничивает использование этого антибиотика против чувствительных бактерий .

Из более редких механизмов известно образование метаболического шунта – замены одной цепи реакций на другую. Например, этот механизм используется бактериями энтерококков для устойчивости к ванкомицину.

Этот антибиотик необратимо связывается с дипептидом D-Ala-D-Ala, входящего в состав молекулы-предшественника, из которой формируется клеточная стенка. В результате такой связи клеточная стенка не может образовываться, и бактерия всегда погибает. Ученые думали, что устойчивости к такому антибиотику не возникнет, но через 30 лет она появилась. У устойчивых штаммов обнаружили вместо дипептида D-Ala-D-Ala другой – D-Ala-D-Lac, с которым антибиотик не связывается. У устойчивых бактерий обнаруживают семь дополнительных генов, полученных путем горизонтального переноса. Именно эти гены участвуют в синтезе альтернативного предшественника клеточной стенки. Причем только после попадания в клетку антибиотика .

Существует и такой интересный механизм устойчивости как имитация молекулы-мишени. В ходе исследований у бактерий Mycobacterium smegmatis и Mycobacterium bovis обнаружили белок, который сворачивается в третичную структуру, очень похожую на структуру двойной спирали ДНК. Этот белок состоит из 5 аминокислот, свернутых в правозакрученную спираль точно такой же ширины, с таким же зарядом и спектром поглощения света как у молекулы ДНК. Антибиотик (из группы фторхинолонов), проникший в клетку, связывается с белком, а не с ДНК. В результате антибиотик не влияет на синтез ДНК .

Одна бактериальная клетка может обладать одновременно несколькими различными механизмами устойчивости к одному антибиотику .

Устойчивость бактерий к антибиотикам бывает врожденной и приобретенной. Врожденная устойчивость может быть обусловлена особенностью строения внешних структур или способностью данного вида или рода бактерий выделять вещество, инактивирующее антибиотик. А приобретенная устойчивость возникает при передаче генов путем горизонтального переноса генов, либо за счет возникновения спонтанной мутации. Все механизмы, которыми обладает бактерия передаются по наследству, так как они кодируются на ДНК .

Глава 3. Горизонтальный перенос генов

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) – это процесс передачи генетической информации организму, не являющемуся потомком. Для ГПГ необходимо участие как минимум двух независимых процессов: физического переноса ДНК и встраиванию перенесенной ДНК в реципиентный геном, благодаря чему происходит стабильное наследование приобретенных таким путем признаков .

Главную роль в ГПГ играют разные мобильные генетические элементы: плазмиды, транспозоны, IS-элементы и другие.

Плазмиды – внехромосомные генетические элементы, в виде замкнутой или линейной молекулы ДНК, способные долго автономно существовать в клетке. Плазмиды осуществляют физический перенос генов между клетками разных бактерий. Также они являются платформой, на которой происходит постоянный обмен генетическим материалом за счет различных систем рекомбинации. Рекомбинация – процесс обмена похожими участками ДНК.

Транспозон – последовательность ДНК, способная перемещаться внутри генома. Транспозоны содержат гены транспозиции и дополнительные гены и ограничены специальными прямыми или инвертированными концевыми повторами.

IS-элементы схожи с транспозонами, но они кодируют только белки, участвующие в процессе транспозиции. Также они могут являться частью сложных транспозонов.

Из-за массового неконтролируемого употребления антибиотиков и плохой экологии, произошло снижение природных барьеров, ограничивающих возможность ГПГ у бактерий. Это привело к тому, что гены устойчивости к антибиотикам.

стали передаваться с большей частотой, чем раньше.

Глава 4. Биопленки

Устойчивость к антибиотикам может также возникать благодаря формированию бактериями биопленок. Биопленки – надклеточная система, состоящая из бактериального сообщества, имеющая пленочную структуру . Биопленки способны выживать при максимальных терапевтических дозировках антибиотиков. Биопленки могут проявлять устойчивость к нескольким антибиотикам. Это происходит по следующим причинам.

Существование в биопленках особых персистирующих форм бактерий или персистеров. Персистер – это особая форма клетки, в которой не происходят биохимические реакции. Таким образом, антибиотик не воздействует на клетку, потому что в ней не происходят реакции, а антибиотик воздействует на функционирующие клетки. Через некоторое время клетка выходит из такого состояния и начинает функционировать.
Фильтрационная способность матрикса. Из-за того, что матрикс бактериальных биоплёнок состоит из различных биополимеров – полисахаридов, белков и даже ДНК, матрикс не только связывает клетки в единую структуру, но и заполняет межклеточные пространства, что позволяет биопленке выводить антибиотики.
Популяции бактерий, составляющие биопленку, также могут обладать разными вышеупомянутыми защитными механизмами, дополняющими друг друга.

Таким образом, образование бактериальных биопленок, делает бактерии более устойчивыми к антибиотикам, чем свободноживущие клетки .
Заключение

Развитие и распространение множественной устойчивости к антибиотикам среди болезнетворных бактерий уже сейчас создает серьезные проблемы при лечении инфекций человека и животных. Кроме того существует реальная опасность того, что в дальнейшем лечение антибиотиками вообще станет неэффективным. Поэтому нужны новые механизмы борьбы с болезнетворными бактериями. В данный момент учеными разрабатываются новые стратегии для борьбы с бактериальными заболеваниями. Но сейчас основной задачей человечества является прекращение бесконтрольного использования антибиотиков. Другими словами не следует использовать антибиотики без серьезной угрозы здоровью.

В данной работе цели и задачи мной были достигнуты.
Список литературы:

Миндлин С.З., Петрова М.А., Басс И.А., Горленко Ж.М. Происхождение, эволюция и миграция генов лекарственной устойчивости // Генетика. 2006. Т. 42. №11. С. 1495-1511.
Петрова М.А. Горизонтальный перенос генов устойчивости к соединениям ртути и антибиотикам в природных популяциях палеобактерий. Диссертация на соискание степени доктора биологических наук. Москва: 2013. С. 52-89.
Егоров Н. С. Основы учения об антибиотиках. Учебник (изд. 6-е). М.: Издательство МГУ, 2004. С. 7-61.
Энциклопедия для детей Аванта+ // Химия. Т.17. М.: Аванта+, 2004. С. 329.
Ovchinnikov Yu.A., Monastyrskaya G.S., Gubanov V.V., Lipkin V.M., Sverdlov E.D., Kiver I.F., Bass I.A., Mindlin S.Z., Danilevskaya O.N., Khesin R.B. Primary structure of Escherichia coli RNA polymerase nucleotide substitution in the beta subunit gene of the rifampicin resistant rpoB255 mutant // Molecular and General Genetics. 1981. V.184. №3. С. 536-538
Чеботарь И.В., Маянский А.Н.,Кончакова Е.Д., Лазарева А.В., Чистякова В.П. Антибиотикорезистентность биопленочных бактерий // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2012. Т. 14, № 1. С. 51-58.

Достарыңызбен бөлісу:

Антибиотики

Много веков назад было замечено, что зеленая плесень помогает в лечении тяжелых гнойных ран. Но в те далекие времена не знали ни о микробах, ни об антибиотиках. Первое научное описание лечебного действия зеленой плесени сделали в 70-х годах 19 века русские ученые В.А.Манассеин и А.Г. Полотебнов. После этого на несколько десятилетий о зеленой плесени забыли, и только в 1929 году она стала настоящей сенсацией, перевернувшей научный мир. Феноменальные качества этого неприятного живого организма изучил профессор микробиологии Лондонского университета Александр Флеминг.

Опыты Флеминга показали, что зеленая плесень вырабатывает особое вещество, обладающее антибактериальными свойствами и подавляющее рост многих болезнетворных микроорганизмов.

Антибиотики. История получения и применения антибиотиков

Это вещество ученый назвал пенициллином, по научному названию вырабатывающих его плесневых грибов. В ходе дальнейших исследований Флеминг выяснил, что пенициллин губительно действует на микробы, но вместе с тем не оказывает отрицательного действия на лейкоциты, принимающие активное участие в борьбе с инфекцией, и другие клетки организма. Но Флемингу не удалось выделить чистую культуру пенициллина для производства лекарственных препаратов.

Учение об антибиотиках — молодая синтетическая ветвь современного естествознания. Впервые в 1940 году был получен в кристаллическом виде химиотерапевтический препарат микробного происхождения – пенициллин — антибиотик, открывший летоисчисление эры антибиотиков.

Многие учёные мечтали о создании таких препаратов, которые можно было бы использовать при лечении различных заболеваний человека, о препаратах, способных убивать патогенных бактерий, не оказывая вредного действия на организм больного.

Пауль Эрлих (1854-1915) в результате многочисленных опытов синтезировал в 1912 году мышьяковистый препарат — сальварсан, убивающий in vitro возбудителя сифилиса. В 30-х годах прошлого столетия в результате химического синтеза были получены новые органические соединения – сульфамиды, среди которых красный стрептоцид (пронтозил) был первым эффективным препаратом, оказавшим терапевтическое действие при тяжёлых стрептококковых инфекциях.

Он долгое время пребывал в гордом одиночестве, если не считать используемого индейцами Южной и Центральной Америки для лечения малярии хинина — алкалоида хинного дерева. Только спустя четверть века были открыты сульфаниламидные препараты, а в 1940 году Александр Флеминг выделил в чистом виде пенициллин.

В 1937 году в нашей стране был синтезирован сульфидин – соединение, близкое к пронтозилу. Открытие сульфамидных препаратов и применение их в медицинской практике составило известную эпоху в химиотерапии многих инфекционных заболеваний, в том числе сепсиса, менингита, пневмонии, рожистого воспаления, гонореи и некоторых других.

Луи Пастер и С. Джеберт в 1877 году сообщили, что аэробные бактерии подавляют рост Bacillus anthracis.

В конце XIX века В. А. Манассеин (1841-1901) и А. Г. Полотебнов (1838-1908) показали, что грибы из рода Penicillium способны задерживать в условиях in vivo развитие возбудителей ряда кожных заболеваний человека.

И. И. Мечников (1845 — 1916) ещё в 1894 году обратил внимание на возможность использования некоторых сапрофитных бактерий в борьбе с патогенными микроорганизмами.

В 1896 году Р. Гозио из культурной жидкости Penicillium brevicompactum выделил кристаллическое соединение — микофеноловую кислоту, подавляющее рост бактерий сибирской язвы.

Эммирих и Лоу в 1899 году сообщили об антибиотическом веществе, образуемом Pseudomonas pyocyanea, они назвали его пиоцианазой; препарат использовался в качестве лечебного фактора как местный антисептик.

В 1910-1913 годах O. Black и U. Alsberg выделили из гриба рода Penicillium пеницилловую кислоту, обладающую антимикробными свойствами.

В 1929 году А. Флемингом был открыт новый препарат пенициллин , который только в 1940 году удалось выделить в кристаллическом виде.

Открытие Флеминга

В 1922 году после неудачных попыток выделить возбудителя простудных заболеваний Флеминг чисто случайно открыл лизоцим (название придумал профессор Райт) — фермент, убивающий некоторые бактерии и не причиняющий вреда здоровым тканям. К сожалению, перспективы медицинского использования лизоцима оказались довольно ограниченными, поскольку он был достаточно эффективным средством против бактерий, не являющихся возбудителями заболеваний, и совершенно неэффективным против болезнетворных организмов. Это открытие побудило Флеминга заняться поисками других антибактериальных препаратов, которые были бы безвредны для организма человека.

Следующая счастливая случайность - открытие Флемингом пенициллина в 1928 году — явилась результатом стечения ряда обстоятельств, столь невероятных, что в них почти невозможно поверить. В отличие от своих аккуратных коллег, очищавших чашки с бактериальными культурами после окончания работы с ними, Флеминг не выбрасывал культуры по 2-3 недели, пока его лабораторный стол не оказывался загроможденным 40-50 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. Отделив плесень, он установил, что «бульон», на котором разрослась плесень, приобрел выраженную способность подавлять рост микроорганизмов, а также имел бактерицидные и бактериологические свойства.

Неряшливость Флеминга и сделанное им наблюдение явились двумя обстоятельствами в целом ряду случайностей, способствовавших открытию. Плесень, которой оказалась заражена культура, относилась к очень редкому виду. Вероятно, она была занесена из лаборатории, 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 последовавшее 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 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». Зная это, Флеминг не сделал тем не менее столь очевидного следующего шага, который 12 лет спустя был предпринят Хоуардом У. Флори и состоял в том, чтобы выяснить, будут ли спасены от летальной инфекции мыши, если лечить их инъекциями пенициллинового бульона. Флеминг назначил его нескольким пациентам для наружного применения. Однако результаты были противоречивыми. Раствор оказался нестабильным и с трудом поддавался очистке, если речь шла о больших его количествах.

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 техническое достижение, и ученый широко пользовался им, еженедельно отдавая распоряжения изготовлять большие партии бульона. Он делился образцами культуры пенициллина с коллегами в других лабораториях, но ни разу не упомянул о пенициллине ни в одной из 27 статей и лекций, опубликованных им в 1930-1940 годы, даже если речь шла о веществах, вызывав ющих гибель бактерий.

Таким образом, к моменту получения пенициллина в очищенном виде было известно пять антибиотических средств (микофеноловая кислота, пиоцианаза, актиномицетин, мицетин и тиротрицин). В последующем число антибиотиков быстро росло и к настоящему времени их описано почти 7000 (образуемых лишь микроорганизмами); при этом только около 160 используется в медицинской практике. С получением пенициллина как препарата (1940 год) возникло новое направление в науке – учение об антибиотиках, которое необычайно быстро развивается в последние десятилетия.

В 70-х годах ежегодно описывалось более 300 новых антибиотиков. В 1937 году Вельш описал первый антибиотик стрептомицетного происхождения актимицетин, в 1939 году Красильниковым и Кореняко был получен мицетин и Дюбо – тиротрицин. Впоследующем число антибиотиков росло очень быстрыми темпами.

Нобелевская премия по физиологии и медицине 1945 года была присуждена совместно Флемингу, Чейну и Флори «за открытие пенициллина и его целебного воздействия при различных инфекционных болезнях». В Нобелевской лекции Флеминг отметил, что «феноменальный успех пенициллина привел к интенсивному изучению антибактериальных свойств плесеней и других низших представителей растительного мира. Лишь немногие из них обладают такими свойствами».

В оставшиеся 10 лет жизни ученый был удостоен 25 почетных степеней, 26 медалей, 18 премий, 30 наград и почетного членства в 89 академиях наук и научных обществах.

Побочные действия

Однако антибиотики - это не только панацея от микробов, но и сильные яды. Ведя на уровне микромира между собой смертоносные войны, с их помощью одни микроорганизмы безжалостно расправляются с другими. Человек подметил это свойство антибиотиков и использовал его в своих целях - начал расправляться с микробами их же собственным оружием, создал на основе природных сотни еще более мощных синтетических препаратов. И все же предначертанное антибиотикам самой природой свойство убивать по-прежнему неотъемлемо от них.

Все антибиотики, без исключений, обладают побочными действиями! Это следует уже из самого названия таких веществ. Естественное природное свойство всех антибиотиков убивать микробы и микроорганизмы, к сожалению, невозможно направить на уничтожение только одного вида бактерий или микробов. Уничтожая вредные бактерии и микроорганизмы, любой антибиотик неминуемо оказывает такое же угнетающее воздействие и на все схожие с "врагом" полезные микроорганизмы, которые, как известно, принимают активное участие практически во всех процессах происходящих в нашем организме.

Народной медицине давно были известны некоторые способы применения в качестве лечебных средств микроорганизмов или продуктов их обмена, однако причина их лечебного действия в то время оставалась неизвестной. Например, для лечения некоторых язв, кишечных расстройств и других заболеваний в народной медицине применялся заплесневевший хлеб.

В 1871-1872 гг. появились работы русских исследователей В. А. Манассеина и А. Г. Полотебнова, 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. Он обратил внимание на подавление развития возбудителя сибирской язвы некоторыми сапрофитными бактериями и высказал мысль о возможности практического использования этого явления.

С именем русского ученого И. И. Мечников а (1894) связано научно обоснованное практическое использование антагонизма между энтеробактериями, вызывающими кишечные расстройства, и молочнокислыми микроорганизмами, в частности болгарской палочкой («мечниковская простокваша»), для лечения кишечных заболеваний человека.

Русский врач Э. Гартье (1905) применил кисломолочные продукты, приготовленные на заквасках, содержащих ацидофильную палочку, для лечения кишечных расстройств.

История открытия антибиотиков

Как оказалось, ацидофильная палочка обладает более ярко выраженными антагонистическими свойствами по сравнению с болгарской палочкой.

В конце XIX - начале XX в. были открыты антагонистические свойства у спорообразующих бактерий. К этому же периоду относятся первые работы, в которых описываются антагонистические свойства у актиномицетов. Позднее из культуры почвенной спороносной палочки Bacillus brevis Р. Дюбо (1939) удалось выделить антибиотическое вещество, названное тиротрицином, которое представляло собой смесь двух антибиотиков - тироцидина и грамицидина. 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.

А. Флеминг, изучая стрептококков, выращивал их на питательной среде в чашках Петри. На одной из чашек вместе со стафилококками выросла колония плесневого гриба, вокруг которой стафилококки не развивались. Заинтересовавшись этим явлением, Флеминг выделил культуру гриба, определенную затем как Penicillium notatum. Выделить вещество, подавляющее рост стафилококков, удалось только в 1940 г. оксфордской группе исследователей. Полученный антибиотик был назван пенициллином.

С открытия пенициллина началась новая эра в лечении инфекционных болезней - эра применения антибиотиков. В короткий срок возникла и развилась новая отрасль промышленности, производящая антибиотики в крупных масштабах. Теперь вопросы микробного антагонизма приобрели важное практическое значение и работы по выявлению новых микроорганизмов - продуцентов антибиотиков стали носить целенаправленный характер.

В СССР получением пенициллина успешно занималась группа исследователей под руководством 3. В. Ермольевой. В 1942 г. был выработан отечественный препарат пенициллина. Ваксманом и Вудрафом из культуры Actinomyces antibioticus был выделен антибиотик актиномицин, который впоследствии стал использоваться как противораковое средство.

Первым антибиотиком актиномицетного происхождения, нашедшим широкое применение особенно при лечении туберкулеза, был стрептомицин, открытый в 1944 г. Ваксманом с сотрудниками. К противотуберкулезным антибиотикам относятся также открытые позже виомицин (флоримицин), циклосерин, канамицин, рифамицин.

В последующие годы интенсивные поиски новых соединений привели к открытию ряда других терапевтически ценных антибиотиков, нашедших широкое применение в медицине. К ним относятся препараты с широким спектром антимикробного действия. Они подавляют рост не только грамположительных бактерий, которые более чувствительны к действию антибиотиков (возбудители пневмонии, различных нагноений, сибирской язвы, столбняка, дифтерии, туберкулеза), но и грам отрицательных микроорганизмов, которые более устойчивы к действию антибиотиков (возбудители брюшного тифа, дизентерии, холеры, бруцеллеза, туляремии), а также риккетсий (возбудители сыпного тифа) и крупных вирусов (возбудители пситтакоза, лимфогранулематоза, трахомы и др.). К таким антибиотикам относятся хлорамфеникол (левомицетин), хлортетрациклин (биомицин), окситетрациклин (террамицин), тетрациклин, неомицин (колимицин, мицерин), канамицин, паромомицин (мономицин) и др. Кроме того, в распоряжении врачей в настоящее время имеется группа антибиотиков резерва, активных в отношении устойчивых к пенициллину грамположительных болезнетворных мик роорганизмов, а также противогрибные антибиотики (нистатин, гризеофульвин, амфотерицин В, леворин).

В настоящее время число известных антибиотиков приближается к 2000, однако в клинической практике используется всего около 50.

Антибиотик – это химическое вещество, которое производится одним организмом и разрушает другой. Название «антибиотик» произошло от слова «антибиоз» (с гр. «anti» — «против», «bios» — «жизнь») – термина, который в 1889 году ввел ученик Луи Пастера Пол Виллемин. Он означает процесс, посредством которого одна жизнь может быть использована для разрушения другой.

"Жизнь против жизни"

В широком понимании антибиотики – это общее название лекарственных средств, которые используют для борьбы с бактериальными заболеваниями. Они содержат вещества, которое вырабатывается некоторыми микробами. Антибиотики получают из растений, грибов, воды, почвы и даже воздуха. Попадая в организм, они атакуют и убивают инфекцию, но не повреждают здоровые клетки. Антибиотики используются для лечения различных опасных болезней, таких как туберкулез, сифилис, дифтерия и много других.

Люди используют антибиотики уже более 2500 лет. Конечно, раньше они имели несколько другой вид, нежели тот, к которому привык современный человек. Никаких таблеток и капсул – только то, что можно было достать в природе. К примеру, в качестве антибиотиков часто использовали плесень – она помогала вылечить сыпь, гнойные раны и кожные инфекции.

В конце 1800-х начался настоящий бум в сфере медицинских исследований. Главной причиной является изобретение инструмента, без которого сегодня не обходится ни одна лаборатория – микроскопа. Ученые впервые открыли для себя мир микроорганизмов, которых нельзя увидеть невооруженным глазом.

Луи Пастер обнаружил, что не все бактерии безвредны для человека. Он исследовал анализы множества больных пациентов и доказал существование болезнетворных бактерий. После него исследованием инфекций занялся Роберт Кох, который разработал метод выделения и размножения бактерий. С того момента ученые пытались разработать препараты, которые смогут убивать микробы, но все они оказывались либо опасными, либо неэффективными.

Открытие Александра Флеминга

Тысячи лет человечество безрезультатно боролось с эпидемиями смертоносных болезней. 90% детей умирали в младенческом возрасте от инфекций, которые сегодня можно вылечить за несколько дней. Еще двести лет назад не существовало эффективного лечения таких заболеваний, как пневмония, гонорея или ревматическая лихорадка.

Больницы были переполнены людьми с заражением крови, которое началось из-за банальной царапины или раны. Конечно, впоследствии все они умирали. Все изменилось только после изобретения антибиотика под названием пенициллин.

Антибиотики являются соединениями, продуцируемыми бактериями и грибами, которые способны убивать или ингибировать конкурирующие виды микроорганизмов. Это явление давно известно – еще древние египтяне применяли примочки с заплесневелого хлеба для инфицированных ран. Но пенициллин, первый настоящий антибиотик, был обнаружен только в 1928 году. Его открыл Александр Флеминг – профессор бактериологии в больнице Святой Марии в Лондоне.

Вернувшись из отпуска 3 сентября 1928 года, Флеминг начал сортировать чашки Петри, содержащие колонии стафилококковых бактерий, которые вызывают боль в горле, фурункулы и абсцессы. В одной из чашек он заметил что-то необычное. Она была усеяна колониями стафилококка, за исключением одной области. Крохотная зона, где находилась капля плесени, была абсолютно чистой от бактерий. Пространство вокруг плесени, которою позже назвали редким штаммом Penicillium notatum, было прозрачным. Казалось, что плесень выделяла нечто, препятствующее росту бактерий.

Флеминг обнаружил, что плесень способна убивать широкий спектр вредных бактерий, таких как стрептококк, менингококк и дифтерийная палочка. Затем он начал работать над новым заданием. Ученый поставил перед своими учениками Стюартом Крэддоком и Фредериком Ридли трудную задачу – они должны были выделить из плесени чистый пенициллин. Эксперимент до конца не удался – они смогли подготовить только растворы сырого материала.

Флеминг опубликовал свои результаты в «Британском журнале экспериментальной патологии» в июне 1929 года. В докладе он лишь слегка коснулся потенциальных терапевтических преимуществ пенициллина. На этом этапе было похоже, что главной целью его исследований будет поиск нечувствительных к пенициллину бактерий. Это, по крайней мере, имело практическое значение для бактериологов и сохраняло их интерес к пенициллину.

Другие ученые, в том числе Гарольд Райстрик, профессор биохимии Лондонской школы гигиены и тропической медицины, также пытались очистить пенициллин. Но все они потерпели неудачу.

Исследование пенициллина в Оксфордском университете

Говард Флори, Эрнст Чейн и их коллеги из школы патологии сэра Уильяма Данна в Оксфордском университете превратили пенициллин из лабораторного любопытства в жизненно важный препарат. Их работа по очистке пенициллина началась 1939 году. Из-за военных условий проводить исследования было особенно трудно. Для выполнения программы экспериментов на животных и клинических испытаний команде необходимо было обработать до 500 литров фильтрата плесени в неделю.

Они начали выращивать его в разнообразных емкостях, которые совсем не были похожи на сосуды для культивирования: ваннах, подносах, молочных бутылках и пищевых банках. Позже на их заказ был разработан специальный ферментационный сосуд. Ученые наняли команду «пенициллиновых девочек», которые следили за ферментацией. Фактически, лабораторию Оксфорда превратили в пенициллиновую фабрику.

Между тем, биохимик Норманн Хитли извлек пенициллин из огромных объемов фильтрата путем экстракции его в амилацетат, а затем обратно в воду с использованием противоточной системы. Эдвард Абрахам, другой биохимик, которого наняли для ускорения производства, задействовал недавно открытую методику хроматографии на колонке удаления примесей из пенициллина.

В 1940 году Говард Флори провел важные эксперименты, которые показали, что пенициллин может защитить мышей от инфицирования смертоносными стрептококками. Затем, 12 февраля 1941 года 43-летний полицейский Альберт Александер стал первым человеком, который испытал на себе оксфордский пенициллин. Он поцарапал губы во время обрезки роз, после чего развилась угрожающая жизни инфекция с огромными абсцессами, которые поразили глаза, лицо и легкие.

Через несколько дней после инъекции состояние пациента заметно улучшилось. Но запасы лекарств закончились, и через несколько дней он умер. Гораздо лучшие результаты последовали за другими пациентами, и вскоре возникли планы сделать пенициллин доступным для британских солдат, которые получали ранения на поле боя.

Производство пенициллина в США во время Второй мировой войны

Говард Флори признал, что крупномасштабное производство пенициллина невозможно осуществить в Британии, где химическая промышленность была полностью поглощена военными действиями. При поддержке фонда Рокфеллера Флори и его коллега Норман Хитли летом 1941 года отправились в Соединенные Штаты. Они планировали заинтересовать американскую фармацевтическую промышленность производством пенициллина в больших масштабах.

Йельский физиолог Джон Фултон связал своих британских коллег с людьми, которые могли бы помочь им в достижении этой цели. И вскоре она была достигнута – заняться производством решила Северная региональная исследовательская лаборатория Департамента (NRRL) в Пеории, штат Иллинойс.

Через несколько недель ученый Эндрю Мойер обнаружил, что можно значительно увеличить выход пенициллина, заменив лактозу, которые использовали оксфордские исследователи, сахарозой. Вскоре после этого он сделал еще более важное открытие – Мойер увидел, что добавление кукурузного раствора в среду для ферментации привело к десятикратному увеличению выхода.

Вскоре начался глобальный поиск лучших штаммов, которые продуцируют пенициллин. Образцы почв отправлялись в NRRL со всего мира. По иронии судьбы, наиболее подходящей оказалась заплесневевшая дыня с фруктового рынка Пеории. Более продуктивный мутант так называемого штамма канталупы был получен с использованием рентгеновских лучей в Институте Карнеги. Время шло, а применение пенициллина все еще ограничивалось клиническими испытаниями.

Стадии ферментации, восстановления, очистки и упаковки быстро уступили совместным усилиям ученых-химиков и инженеров, которые работали над экспериментальным производством пенициллина. 1 марта 1944 года компания Pfizer открыла первый коммерческий завод для крупномасштабного производства пенициллина в Бруклине, Нью-Йорк.

"Чудо-лекарство"

Тем временем клинические исследования в военном и гражданском секторах подтвердили терапевтические свойства пенициллина. Они показали, что препарат эффективен при лечении широкого спектра болезней, включая стрептококковые, стафилококковые и гонококковые инфекции. Армия США установила ценность пенициллина для лечения хирургических и раневых инфекций.

Клинические исследования также продемонстрировали его эффективность против сифилиса, и к 1944 году он стал основным средством лечения этой болезни в вооруженных силах Великобритании и Соединенных Штатов. Поскольку слухи относительно этого нового «чудо-лекарства» стала доходить до общественности, спрос на пенициллин увеличился. Но сначала поставки были ограничены, и приоритет отдавался военному использованию.

К счастью, с начала 1944 года производство пенициллина начало резко увеличиваться – с 21 до 1663 миллиардов единиц. А уже в 1945 году эта цифра составляла 6,8 триллионов. Американскому правительству удалось в конечном итоге снять все ограничения на доступность препарата, и состоянием на 15 марта 1945 года пенициллин стал доступен каждому потребителю – приобрести его можно было в ближайшей аптеке.

К 1949 году годовой объем производства пенициллина в Соединенных Штатах составлял 133,229 миллиарда единиц, а цена упала с 20 долларов (1943 год) до 10 центов.

На страже человечества

В настоящее время используется на фармацевтическом рынке доступно более 70 различных видов антибиотиков. Большинство из них используется для лечения инфекций, некоторые – для грибов и простейших. Сегодня они считаются полностью безопасным лекарством, конечно, при условии соблюдения дозировки.

Ученые постоянно работают над изобретением новых антибиотиков. Они испытывают тысячи природных растений и химических веществ. Это обусловлено тем, что инфекции вырабатывают иммунитет к устаревшим препаратам. С каждым годом они мутируют и совершенствуются, поэтому эффективное лечение значительно усложняется.

Антибиотики – великое изобретение, возможно, одно из лучших.

Они помогают людям выживать в борьбе с болезнями и инфекциями, которые в противном случае могли бы их убить. Антибиотики спасают жизни – что может быть полезней? Главное – использовать их с умом.

Согласно историческим источникам, еще много тысячелетий назад наши предки, столкнувшись с болезнями, вызываемыми микроорганизмами, боролись с ними доступными средствами. Со временем человечество начало понимать, почему те или иные используемые издревле лекарства способны воздействовать на определенные болезни, и научилось изобретать новые лекарства. Сейчас объем средств, используемых для борьбы с патогенными микроорганизмами, достиг особо крупных масштабов, по сравнению даже с недавним прошлым. Давайте рассмотрим, как на протяжении своей истории человек, порой того не подозревая, использовал антибиотики, и как, по мере накопления знаний, использует их сейчас.

Спецпроект о борьбе человечества с патогенными бактериями, возникновении устойчивости к антибиотикам и новой эре в антимикробной терапии.

Спонсор спецпроекта - - разработчик новых высокоэффективных бинарных антимикробных препаратов.

Бактерии появились на нашей планете, по разным оценкам, приблизительно 3,5–4 миллиарда лет назад, задолго до эукариот . Бактерии, как и все живые существа, взаимодействовали друг с другом, конкурировали и враждовали. Мы не можем точно сказать, использовали ли они уже тогда антибиотики, чтобы победить других прокариот в схватке за лучшую среду или питательные вещества. Но существуют доказательства наличия генов, кодирующих устойчивость к бета-лактаму , тетрациклину и гликопептидным антибиотикам, в ДНК бактерий, которые находились в древнем пермафросте возрастом 30 000 лет .

С момента, который принято считать официальным открытием антибиотиков, прошло чуть менее ста лет, но проблема создания новых антимикробных препаратов и использования уже известных при условии быстро возникающей резистентности к ним тревожит человечество не последние пятьдесят лет. Неспроста в своей Нобелевской речи первооткрыватель пенициллина Александр Флеминг предупреждал, что к использованию антибиотиков нужно подходить серьезно.

Так же, как и момент открытия антибиотиков человечеством на несколько миллиардов лет отсрочен от изначального их появления у бактерий, так и история использования человеком антибиотиков началась задолго до их официального открытия. И речь идет не о предшественниках Александра Флеминга, живших в 19 веке, а о совсем далеких временах.

Использование антибиотиков в древности

Еще в Древнем Египте плесневелый хлеб использовали для дезинфекции порезов (видео 1). Хлеб с плесневыми грибками в лечебных целях применяли и в других странах и, видимо, вообще во многих древних цивилизациях. Например, в Древней Сербии, Китае и Индии для предотвращения развития инфекций его прикладывали к ранам. Судя по всему, жители этих стран независимо друг от друга пришли к выводу о целебных свойствах плесени и использовали ее для лечения ран и воспалительных процессов на коже. Древние египтяне прикладывали к гнойникам на коже головы корки плесневелого пшеничного хлеба и считали, что использование этих средств поможет умилостивить духов или богов, ответственных за болезни и страдания.

Видео 1. Причины появления плесени, ее вред и польза, а также применение в медицине и перспективы использования в будущем

Жители Древнего Египта для лечения ран использовали не только хлеб с плесенью, но и самостоятельно изготовленные мази. Есть информация о том, что примерно в 1550 г. до н.э. они готовили смесь из свиного сала и меда, которую наносили на раны и перевязывали специальной тканью. Такие мази обладали некоторым антибактериальным эффектом в том числе благодаря содержащейся в меде перекиси водорода, . Египтяне не были первопроходцами в использовании меда - первым упоминанием о его целебных свойствах считают запись на шумерской табличке, датируемую 2100–2000 гг. до н.э., где говорится, что мед можно использовать как лекарство и мазь. И Аристотель также отмечал, что мед хорош для лечения ран .

В процессе исследования костей мумий древних нубийцев, живших на территории современного Судана, ученые обнаружили в них большую концентрацию тетрациклина . Возраст мумий составлял примерно 2500 лет, и, скорее всего, высокие концентрации антибиотика в костях не могли появиться случайно. Даже в останках четырехлетнего ребенка его количество была очень высоко. Ученые предполагают, что эти нубийцы на протяжении длительного времени потребляли тетрациклин. Скорее всего, его источником были бактерии Streptomyces или другие актиномицеты, содержащиеся в зернах растений, из которых древние нубийцы делали пиво.

В борьбе с инфекциями люди по всему миру использовали и растения. Сложно понять, когда именно некоторые из них начинали применять, из-за отсутствия письменных или других материальных свидетельств. Некоторые растения использовали потому, что человек методом проб и ошибок узнавал об их противовоспалительных свойствах. Другие растения использовали в кулинарии, и вместе со вкусовыми свойствами они обладали и антимикробным действием.

Так обстоит дело с луком и чесноком. Эти растения с давних пор использовали в приготовлении пищи и медицине. Об антимикробных свойствах чеснока знали еще в Китае и Индии . А не так давно ученые выяснили, что народная медицина не зря использовала чеснок - его экстракты угнетают Bacillus subtilis , Escherichia coli и Klebsiella pneumonia .

В Корее издревле для лечения желудочно-кишечных инфекций, вызываемых сальмонеллой, используют лимонник китайский Schisandra chinensis . Уже в наши дни, после проверки действия его экстракта на эту бактерию, оказалось, что лимонник действительно обладает антибактериальным действием . Или, к примеру, на присутствие антибактериальных веществ проверили специи, которые широко используются по всему миру. Получилось, что душица, гвоздика, розмарин, сельдерей и шалфей угнетают такие патогенные микроорганизмы, как Staphylococcus aureus , Pseudomonas fluorescens и Listeria innocua . На территории Евразии народы часто заготавливали ягоды и, естественно, использовали их в том числе и в лечении. Научные исследования подтвердили, что некоторые ягоды обладают антимикробной активностью. Фенолы, особенно эллаготанины, содержащиеся в плодах морошки и малины, ингибируют рост кишечных патогенных микроорганизмов.

Бактерии как оружие

Заболевания, вызываемые патогенными микроорганизмами, еще с давних времен использовали для нанесения противнику вреда с минимальными собственными затратами.

Поначалу открытие Флеминга не использовалось для лечения пациентов и продолжало свою жизнь исключительно за дверями лаборатории. К тому же, как сообщали современники Флеминга, он не был хорошим оратором и не мог убедить общественность в полезности и важности пенициллина. Вторым рождением этого антибиотика можно назвать его переоткрытие учеными из Великобритании Эрнстом Чейном и Говардом Флори в 1940–1941 гг.

В СССР тоже использовали пенициллин, причем если в Великобритании применяли не особенно производительный штамм, то советский микробиолог Зинаида Ермольева в 1942 году обнаружила таковой и даже сумела наладить производство антибиотика в условиях войны . Наиболее активным штаммом был Penicillium crustosum , и поэтому поначалу выделенный антибиотик называли пенициллин-крустозин. Его использовали на одном из фронтов во время Великой Отечественной войны для профилактики послеоперационных осложнений и лечения ран .

Зинаида Ермольева написала небольшую брошюру, в которой рассказала о том, как в СССР был открыт пенициллин-крустозин и как происходил поиск других антибиотиков: «Биологически активные вещества » .

В Европе пенициллин тоже использовали для лечения военных, причем после того, как этот антибиотик начали применять в медицине, он оставался привилегией исключительно военных . Но после пожара 28 ноября 1942 года в ночном клубе Бостона пенициллин стали применять и для лечения гражданских пациентов. У всех пострадавших были ожоги разной степени сложности, и в то время такие пациенты зачастую умирали от бактериальных инфекций, вызываемых, например, стафилококками. Компания Merck & Co. отправила пенициллин в госпитали, где содержались пострадавшие при этом пожаре, и успех лечения поставил пенициллин в центр внимания общественности. К 1946 году он стал широко использоваться в клинической практике.

Доступным для общественности пенициллин оставался вплоть до середины 50-х годов XX века. Естественно, находясь в неконтролируемом доступе, этот антибиотик зачастую использовался неуместно. Есть даже примеры пациентов, которые считали, что пенициллин - чудо-средство от всех человеческих болезней, и применяли его даже для «лечения» того, что ему по природе своей не способно поддаться. Но в 1946 году в одном из американских госпиталей заметили, что 14% взятых от больных пациентов штаммов стафилококка были устойчивы к пенициллину. А в конце 1940-х этот же госпиталь сообщил, что процент резистентных штаммов вырос до 59%. Интересно заметить, что первые сведения о том, что к пенициллину возникает устойчивость, появились в 1940 году - еще до того, как антибиотик стали активно использовать .

До открытия в 1928 году пенициллина, были, конечно, и открытия других антибиотиков. На рубеже XIX–XX веков заметили, что голубой пигмент бактерии Bacillus pyocyaneus способен убивать множество патогенных бактерий, таких как холерный вибрион, стафилококки, стрептококки, пневмококки. Он был назван пиоционазой, но открытие не послужило основой для разработки препарата, потому что вещество было токсично и нестабильно.

Первым коммерчески доступным антибиотиком стал препарат «Пронтосил », который разработал немецкий бактериолог Герхард Домагк в 1930-х годах . Есть документальные свидетельства, что первым вылеченным человеком оказалась его собственная дочь, которая долго страдала от заболевания, вызванного стрептококками. В результате лечения она выздоровела всего за несколько дней. Сульфаниламидные препараты, к которым относится и «Пронтосил», широко использовали во время Второй мировой войны страны антигитлеровской коалиции для предотвращения развития инфекций.

Вскоре после открытия пенициллина, в 1943 году, Альберт Шац, молодой сотрудник в лаборатории Зельмана Ваксмана , выделил из почвенной бактерии Streptomyces griseus вещество, обладающее противомикробной активностью. Этот антибиотик, названный стрептомицином, оказался активным против многих распространенных в то время инфекций, в том числе туберкулеза и чумы.

И все же, примерно до 1970-х годов никто серьезно не задумывался о развитии резистентности к антибиотикам. Затем были замечены два случая заболевания гонореей и бактериальным менингитом, когда бактерия, устойчивая к лечению пенициллином или антибиотиками пенициллинового ряда, вызывала смерть пациента. Эти события ознаменовали момент , когда с десятилетиями удачного лечения заболеваний было покончено.

Надо понимать, что бактерии - это живые системы, поэтому они изменчивы и со временем способны выработать резистентность к любому антибактериальному препарату (рис. 2). Например, к линезолиду бактерии не могли выработать устойчивость на протяжении 50 лет, но все-таки сумели приспособиться и жить в его присутствии . Вероятность развития антибиотикорезистентности в одном поколении бактерий составляет 1:100 млн. К действию антибиотиков они приспосабливаются по-разному. Это может быть усиление клеточной стенки, которую, к примеру, использует Burkholderia multivorans , вызывающая пневмонию у людей с иммунодефицитами . Некоторые бактерии, такие как Campylobacter jejuni , которая вызывает энтероколит, очень эффективно «выкачивают» антибиотики из клеток при помощи специализированных белковых насосов , и поэтому антибиотик не успевает подействовать.

Подробнее о способах и механизмах приспособления микроорганизмов к антибиотикам мы уже писали: «Эволюция наперегонки, или почему антибиотики перестают работать » . А на сайте проекта онлайн-образования Coursera есть полезный курс про антибиотикорезистентность Antimicrobial resistance - theory and methods . В нем достаточно подробно рассказывается об антибиотиках, механизмах устойчивости к ним и путях распространения резистентности.

Первый случай возникновения метициллинустойчивого золотистого стафилококка (MRSA) зафиксировали в Великобритании в 1961 году, а в США - немного позднее, в 1968-м . Про золотистого стафилококка мы чуть подробнее поговорим дальше, но в контексте скорости выработки у него резистентности стоит отметить, что в 1958 году против этой бактерии стали использовать антибиотик ванкомицин . Он был способен работать с тем штаммами, которые не поддавались воздействию метициллина . И до конца 1980-х годов считалось, что к нему резистентность должна вырабатываться дольше или вообще не вырабатываться. Однако в 1979 и 1983 годах, по прошествии всего пары десятков лет, в разных частях мира были зафиксированы случаи устойчивости и к ванкомицину .

Похожий тренд соблюдался и для других бактерий, а некоторые оказались способными выработать резистентность вообще за год. Но кто-то приспосабливался немного медленнее, например, в 1980-х годах только 3–5% S. pneumonia были устойчивы к пенициллину, а в 1998 году - уже 34%.

XXI век - «кризис инноваций»

За последние 20 лет многие большие фармкомпании - например, Pfizer, Eli Lilly and Company и Bristol-Myers Squibb - сократили число разработок или вообще закрыли проекты по созданию новых антибиотиков. Это можно объяснить не только тем, что стало сложнее искать новые вещества (потому что все, которые было легко найти, уже нашли), но и потому что есть другие востребованные и более прибыльные области, например, создание лекарств для лечения онкологических заболеваний или депрессии.

Тем не менее, время от времени то один, то другой коллектив ученых или компания сообщает, что они открыли новый антибиотик, и заявляет, что «вот он уж точно победит все бактерии/некоторые бактерии/определенный штамм и спасет мир». После этого зачастую ничего не происходит, и такие высказывания вызывают у общественности только скепсис. Ведь помимо тестирования антибиотика на бактериях в чашке Петри, нужно провести испытания предполагаемого вещества на животных, а затем и на людях. Это занимает много времени, таит в себе немало подводных камней, и обычно на одной из этих фаз открытие «чудесного антибиотика» сменяется закрытием.

Для того чтобы найти новые антибиотики, применяют различные методы: как классической микробиологии, так и более новые - сравнительной геномики, молекулярной генетики, комбинаторной химии, структурной биологии. Некоторые предлагают отойти от этих «привычных» методов и обратиться к знаниям, накопленным на протяжении истории человечества. Например, в одной из книг Британской библиотеки ученые заметили рецепт бальзама от глазных инфекций, и им стало интересно, на что он способен сейчас. Рецепт датировался X веком, поэтому вопрос - будет работать или нет? - был действительно интригующим. Ученые взяли именно те ингредиенты, которые были указаны, смешали в нужных пропорциях и проверили на метициллинрезистентном золотистом стафилококке (MRSA). К удивлению исследователей, более 90% бактерий были убиты этим бальзамом. Но важно заметить, что такой эффект наблюдался только при совместном использовании всех ингредиентов , .

Действительно, порой антибиотики природного происхождения работают не хуже современных, но их состав настолько сложен и зависит от многих факторов, что быть точно уверенным в каком-то определенном результате затруднительно. Также, невозможно сказать, замедляется ли скорость выработки устойчивости к ним или нет. Поэтому их не рекомендуют использовать как замену основной терапии, а как дополнение под строгим контролем врачей .

Проблемы резистентности - примеры болезней

Невозможно дать полную картину резистентности микроорганизмов к антибиотикам, потому как эта тема многогранна и, несмотря на несколько поутихший интерес со стороны фармкомпаний, достаточно активно исследуется. Соответственно, очень быстро появляется информация о все новых и новых случаях устойчивости к антибиотикам. Поэтому мы ограничимся лишь несколькими примерами для того, чтобы хотя бы поверхностно показать картину происходящего (рис. 3).

Туберкулез: риск в современном мире

Туберкулез особенно распространен в Центральной Азии, Восточной Европе и России, и то, что у туберкулезных микробов (Mycobacterium tuberculosis ) возникает устойчивость не только к определенным антибиотикам, но и к их комбинациям, должно вызывать тревогу.

У пациентов с ВИЧ из-за пониженного иммунитета нередко возникают оппортунистические инфекции, вызываемые микроорганизмами, которые в норме могут без вреда присутствовать в организме человека. Одной из них является туберкулез, который к тому же отмечен как основная причина смерти ВИЧ-положительных пациентов по всему миру. О распространенности туберкулеза по регионам мира можно судить из статистики - у пациентов с ВИЧ, заболевших туберкулезом, если они проживают в Восточной Европе, риск умереть в 4 раза выше, чем если бы они жили в Западной Европе или даже Латинской Америке. Конечно, стоит отметить, что на эту цифру влияет то, насколько в медицинской практике региона принято проводить тесты на восприимчивость пациентов к лекарствам. Это позволяет применять антибиотики только при необходимости.

За ситуацией с туберкулезом наблюдает и ВОЗ. В 2017 году она выпустила доклад о выживаемости при туберкулезе и его мониторинге в Европе. Существует стратегия ВОЗ по ликвидации туберкулеза , и поэтому пристальное внимание обращается на регионы с высоким риском заражения этим заболеванием.

Туберкулез унес жизни таких мыслителей прошлого, как немецкий писатель Франц Кафка и норвежский математик Н.Х. Абель. Однако это заболевание вызывает тревогу и сегодня, и при попытке взглянуть в будущее. Поэтому и на общественном, и на государственном уровнях стоит прислушиваться к стратегии ВОЗ и стараться снизить риски заражения туберкулезом.

В докладе ВОЗ подчеркнуто, что с 2000 года фиксируется меньше случаев заражения туберкулезом: в период с 2006 по 2015 годы число случаев уменьшалось на 5,4% в год, а в 2015 уменьшилось на 3,3%. Тем не менее, несмотря на такой тренд, ВОЗ призывает с вниманием относиться к проблеме антибиотикорезистентности Mycobacterium tuberculosis, и, используя методы гигиены и постоянный мониторинг населения, уменьшать число случаев инфицирования.

Устойчивая гонорея

Масштабы резистентности других бактерий

Примерно 50 лет назад начали появляться штаммы золотистого стафилококка, устойчивые к антибиотику метициллину (MRSA). Инфекции, вызванные метициллинрезистентным золотистым стафилококком, ассоциированы с бóльшим количеством смертей, чем инфекции, вызванные метициллинчувствительным стафилококком (MSSA). Большинство из MRSA также устойчиво и к другим антибиотикам. В настоящее время они распространены и в Европе, и в Азии, и в обеих Америках, и в Тихоокеанском регионе . Эти бактерии чаще других становятся устойчивыми к антибиотикам и в США убивают 12 тысяч людей за год . Есть даже факт, что в США MRSA в год уносит больше жизней, чем ВИЧ/СПИД, болезнь Паркинсона, эмфизема легких и убийства вместе взятые , .

В период с 2005 по 2011 год стали фиксировать меньше случаев заражения MRSA как госпитальной инфекцией. Это связано с тем, что в медицинских учреждениях взяли под строгий контроль соблюдение гигиенических и санитарных норм. Но в общей популяции такой тренд, к сожалению, не сохраняется.

Энтерококки, устойчивые к действию антибиотика ванкомицина - большая беда. Они не так широко распространены на планете, по сравнению с MRSA, но в США каждый год фиксируется около 66 тысяч случаев заражения Enterococcus faecium и, реже, E. faecalis . Они являются причиной большого спектра заболеваний и особенно среди пациентов медицинских учреждений, то есть они - причина госпитальных инфекций. При заражении энтерококком около трети случаев приходится на штаммы, устойчивые к ванкомицину.

Пневмококк Streptococcus pneumoniae является причиной бактериальной пневмонии и менингита. Чаще заболевания развиваются у людей старше 65 лет. Возникновение резистентности усложняет лечение и в итоге приводит к 1,2 миллионам случаев заболевания и 7 тысячам смертей ежегодно . Пневмококк резистентен к амоксициллину и азитромицину. К менее распространенным антибиотикам он тоже выработал устойчивость, и в 30% случаев резистентен к одному или нескольким применяемым в лечении препаратам. Надо заметить, что даже если присутствует небольшой уровень устойчивости к антибиотику, это не снижает эффективность от лечения им. Использование препарата становится бесполезным в случае, если количество резистентных бактерий превышает определенный порог. Для внебольничных пневмококковых инфекций этот порог составляет 20–30% . В последнее время стало происходить меньше случаев заражения пневмококком, потому что в 2010 году создали новую версию вакцины PCV13 , которая действует против 13 штаммов S. pneumoniae .

Пути распространения резистентности

Примерная схема показана на рисунке 4.

Пристальное внимание должно оказываться не только бактериям, которые уже развивают или развили резистентность, но и тем, которые пока не приобрели устойчивость. Потому что со временем и они могут измениться и начать вызывать более сложные формы заболеваний.

Внимание к нерезистентным бактериям можно объяснить и тем, что, даже легко поддаваясь лечению, эти бактерии играют роль в развитии инфекций у пациентов с ослабленным иммунитетом - ВИЧ-положительных, проходящих химиотерапию, недоношенных и переношенных новорожденных, у людей после операции и трансплантации . И так как этих случаев происходит достаточное количество -

во всем мире в 2014 году было проведено около 120 тысяч трансплантаций ;
только в США ежегодно проходят химиотерапию 650 тысяч человек , однако не у всех есть возможность использовать препараты для борьбы с инфекциями;
в США 1,1 миллиона человек - ВИЧ-положительные , в России - чуть меньше, официально 1 млн ;

То есть шанс, что со временем устойчивость появится и у тех штаммов, которые пока не вызывают опасений.

Госпитальные, или внутрибольничные, инфекции все чаще встречаются в наше время. Это те инфекции, которыми люди заражаются в больницах и других медицинских учреждениях при госпитализации и просто при посещении.

В США в 2011 году было зафиксировано более 700 тысяч заболеваний, вызываемых бактериями рода Klebsiella . Это, в основном, внутрибольничные инфекции, которые приводят к довольно обширному спектру заболеваний, таких как пневмония, сепсис, раневые инфекции. Как и в случаях со многими другими бактериями, еще с 2001 года началось массовое появление антибиотикорезистентных клебсиелл.

В одной из научных работ ученые задались целью узнать, как гены устойчивости к антибиотикам распространены среди штаммов рода Klebsiella . Они обнаружили, что 15 довольно далеких штаммов экспрессировали металло-бета-лактамазу 1 (NDM-1), которая способна разрушать почти все бета-лактамные антибиотики . Бóльшую силу эти факты обретают, если уточнить, что данные для этих бактерий (1777 геномов) получены в период с 2011 по 2015 годы от пациентов, которые находились в разных больницах с разными инфекциями, вызванными клебсиеллами.

Развитие резистентности к антибиотикам может произойти, если:

пациент принимает антибиотики без назначения врача;
пациент не следует назначенному врачом курсу приема лекарств ;
врач не обладает должной квалификацией;
пациент пренебрегает дополнительными мерами профилактики (мытье рук, продуктов питания);
пациент часто посещает медицинские учреждения, в которых повышена вероятность заразиться патогенными микроорганизмами;
пациент проходит плановые и внеплановые процедуры или операции, после которых зачастую нужно принимать антибиотики во избежание развития инфекций;
пациент потребляет мясную продукцию из регионов, не соблюдающих нормы по остаточному содержанию антибиотиков (например, из России или Китая);
у пациента снижен иммунитет из-за болезней (ВИЧ, химиотерапия при онкологических заболеваниях);
пациент проходит длительный курс лечения антибиотиками, например, при туберкулезе.

О том, как пациенты самостоятельно уменьшают дозу антибиотика, можно прочитать в статье «Приверженность к приему лекарственных средств и пути ее повышения при бактериальных инфекциях » . Недавно британские ученые высказали достаточно спорное мнение о том, что не обязательно проходить весь курс лечения антибиотиками . Американские врачи, однако, на это мнение отреагировали с большим скепсисом .

Настоящее (влияние на экономику) и будущее

Проблема резистентности бактерий к антибиотикам охватывает сразу несколько сфер человеческой жизни . В первую очередь, это, конечно, экономика. По разным подсчетам, сумма, которую тратит государство на лечение одного пациента с устойчивой к антибиотикам инфекцией, колеблется от $18 500 до $29 000. Эта цифра подсчитана для США, но, пожалуй, ее можно использовать и как средний ориентир по другим странам, чтобы понимать масштаб явления. Такая сумма уходит на одного пациента, но если подсчитать по всем, то оказывается, что суммарно к общему счету, который государство тратит за год на здравоохранение, нужно добавлять $20 000 000 000 . И это помимо $35 000 000 000 социальных расходов. В 2006 году из-за двух наиболее распространенных госпитальных инфекций, в результате которых у людей развивался сепсис и пневмония, умерли 50 тысяч людей. Это обошлось системе здравоохранения США в сумму, превышающую $8 000 000 000.

Ранее мы уже писали про сегодняшнюю ситуацию с антибиотикорезистентностью и о стратегиях по ее предотвращению: «Противостояние с резистентными бактериями: наши поражения, победы и планы на будущее » .

Если антибиотики первой и второй линий не работают, то приходится либо увеличивать дозы в надежде на то, что они сработают, либо использовать антибиотики следующей линии. И в том, и в другом случае высока вероятность повышенной токсичности препарата и побочных действий. К тому же, большая доза или новый препарат будут, скорее всего, стоить дороже предыдущего лечения. Это влияет на сумму, которую затрачивают на лечение государство и сам пациент. А также на срок нахождения пациента в больнице или на больничном, число посещений врача и экономические потери от того, что работник не трудится. Большее количество дней на больничном - это не пустые слова. Действительно, пациента с заболеванием, вызванным резистентным микроорганизмом, в среднем приходится лечить 12,7 дней, по сравнению с 6,4 для обычной болезни .

Кроме причин, которые непосредственно влияют на экономику - траты на лекарства, на оплату больничных и время нахождения в больнице, - есть еще и немного завуалированные. Это те причины, которые влияют на качество жизни людей, у которых обнаружены антибиотикорезистентные инфекции. Некоторые пациенты - школьники или студенты - не могут в полной мере посещать уроки, и поэтому у них возможны отставание в учебном процессе и психологическая деморализация. У пациентов, которые проходят курсы сильных антибиотиков, из-за побочных эффектов могут развиваться хронические заболевания. Помимо самих пациентов, заболевание морально угнетает их родственников и окружение, а некоторые инфекции настолько опасны, что заболевших приходится содержать в отдельной палате, где они зачастую не могут пообщаться с близкими. Также существование госпитальных инфекций и риск ими заразиться не позволяют расслабиться при прохождении курса лечения. Согласно статистике, около 2 миллионов американцев ежегодно заражаются госпитальными инфекциями, которые в итоге уносят 99 тысяч жизней. Чаще всего это происходит из-за заражения микроорганизмами, устойчивыми к антибиотикам . Важно подчеркнуть, что кроме перечисленных выше и, несомненно, важных экономических потерь, качество жизни у людей тоже сильно страдает.

Прогнозы на будущее разнятся (видео 2). Одни пессимистически указывают на то, что к 2030–2040 годам кумулятивные финансовые потери составят 100 триллионов долларов , что равняется среднегодовому убытку в 3 триллиона долларов. Для сравнения - весь годовой бюджет США лишь на 0,7 триллиона превышает эту цифру . Количество смертей от заболеваний, вызванных резистентными микроорганизмами, по оценке ВОЗ, к 2030–2040 годам приблизится к 11–14 миллионам и превысит смертность от рака.

Видео 2. Лекция Мэрин Маккены на TED-2015 - What do we do when antibiotics don’t work any more?

Неутешительны и перспективы использования антибиотиков в кормах сельскохозяйственных животных (видео 3). В исследовании, опубликованном в журнале PNAS , подсчитали, что в 2010 году во всем мире в кормá было добавлено более 63 000 тонн антибиотиков . И это - только по скромным оценкам. Ожидается, что к 2030 году указанная цифра возрастет на 67%, но, что должно особенно встревожить, она удвоится в Бразилии, Индии, Китае, Южной Африке и России. Понятно, что, раз объемы добавляемых антибиотиков увеличатся, то и расход средств на них тоже увеличится. Существует мнение , что цель добавления их в корм - совсем не улучшение здоровья животных, а ускорение роста. Это позволяет быстро выращивать животных, получать прибыль от продаж и снова выращивать новых. Но при возрастающей антибиотикорезистентности, придется добавлять либо бóльшие объемы антибиотика, либо создавать комбинации из них. В любом из указанных случаев, затраты фермеров и государства, которое нередко их субсидирует, на эти препараты возрастут. При этом продажи сельскохозяйственной продукции могут даже снизиться из-за смертности животных, вызванной отсутствием действенного антибиотика или побочными эффектами нового. А также из-за страха со стороны населения, которое не хочет потреблять продукцию с этим «усиленным» препаратом. Снижение продаж или повышение цены на продукцию может ставить фермеров в бóльшую зависимость от субсидий со стороны государства, заинтересованного в обеспечении населения продуктами первой необходимости, которые как раз и предоставляет фермер. Также, многие сельхозпроизводители из-за вышеуказанных причин могут оказаться на грани банкротства, а, следовательно, это приведет к тому, что на рынке останутся лишь крупные сельскохозяйственные компании. И, как следствие, возникнет монополия крупных компаний-гигантов. Такие процессы негативно отразятся на социально-экономическом положении любого государства.

Видео 3. BBC рассказывает о том, насколько может быть опасным развитие антибиотикорезистентности у сельскохозяйственных животных

По всему миру активно развиваются направления науки, связанные с определением причин генетических заболеваний и их лечения, мы с интересом наблюдаем за тем, что происходит с методами, которые помогут человечеству «избавиться от вредных мутаций и стать здоровыми», как любят упоминать поклонники методов пренатального скрининга, CRISPR-Cas9 и только начинающего развиваться метода генетической модификации эмбрионов . Но все это может быть понапрасну, если мы окажемся неспособны противостоять заболеваниям, вызываемым резистентными микроорганизмами. Необходимы разработки, которые позволят преодолеть проблему резистентности, иначе всему миру несдобровать.

Возможные изменения в обычной жизни людей в ближайшие годы:

продажа антибиотиков только по рецепту (исключительно для лечения болезней, угрожающих жизни, а не для профилактики банальных «простуд»);
экспресс-тесты на степень устойчивости микроорганизма к антибиотикам;
рекомендации по лечению, подтвержденные вторым мнением или искусственным интеллектом;
дистанционное диагностирование и лечение без посещения мест скопления больных людей (в том числе мест продажи лекарств);
проверка на наличие антибиотикорезистентных бактерий до проведения операций;
запрет проведения косметических процедур без надлежащей проверки;
сокращение потребления мяса и повышение его цены из-за удорожания ведения хозяйства без привычных антибиотиков;
увеличение смертности людей в группе риска;
увеличение смертности от туберкулеза в странах из группы риска (Россия, Индия, Китай);
ограниченное распространение антибиотиков последнего поколения по миру для замедления развития устойчивости к ним;
дискриминация в доступе к таким антибиотикам по финансовому статусу и по месту проживания.

Заключение

Меньше века прошло с начала масштабного использования антибиотиков. Вместе с тем, меньше века заняло у нас, чтобы результат этого достиг грандиозных масштабов . Угроза антибиотикорезистентности вышла на глобальный уровень, и было бы глупо отрицать, что именно мы своими же усилиями создали себе такого врага. Сегодня каждый из нас ощущает на себе последствия уже возникшей устойчивости и находящуюся в процессе развития устойчивость, когда получаем от врача выписанные антибиотики, принадлежащие не к первой линии, а второй или даже последней. Сейчас существуют варианты решения этой проблемы, но самих проблем - не меньше. Предпринимаемые нами действия по борьбе с быстро развивающими устойчивость бактериями напоминают гонку. Что будет дальше - покажет время.

Об этой проблеме рассказывает в лекции «Кризис медицины и биологические угрозы » Николай Дурманов, экс-глава «РУСАДА ».

И время, действительно, расставляет все по своим местам. Начинают появляться средства, позволяющие улучшить работу уже существующих антибиотиков, научные группы ученых (пока что ученых, но вдруг эта тенденция вновь вернется и к фармкомпаниям) без устали трудятся над созданием и проверкой новых антибиотиков. Обо всем этом можно прочитать и воспрянуть духом во второй статье цикла.

«Супербаг Солюшенс» - спонсор спецпроекта по антибиотикорезистентности

Компания Superbug Solutions UK Ltd. («Супербаг Солюшенс» , Великобритания) - одна из ведущих компаний, занимающихся уникальными исследованиями и разработками решений в области создания высокоэффективных бинарных антимикробных препаратов нового поколения. В июне 2017 года «Супербаг Солюшенс» получила сертификат от крупнейшей в истории Европейского Союза программы по исследованиям и инновациям «Горизонт 2020», удостоверяющий, что технологии и разработки компании являются прорывными в истории развития исследований по расширению возможностей применения антибиотиков.

Введение ………………………….………………………………………….3

История антибиотиков……………………………………………… …....4
Общая характеристика антибиотиков……………………………………13

Заключение………………………………………………… …………………23

Список литературы

Введение

Антибиотики – это все лекарственные препараты, подавляющие жизнедеятельность возбудителей инфекционных заболеваний, таких как грибки, бактерии и простейшие.

Когда впервые были созданы антибиотики, их считали " волшебными пулями", которые должны были радикально изменить лечение инфекционных заболеваний. Однако сейчас эксперты с беспокойством отмечают, что золотой век антибиотиков закончился.

Антибиотики занимают особое место в современной медицине. Они являются объектом изучения различных биологических и химических дисциплин. Наука об антибиотиках развивается бурно. Если это развитие началось с микробиологии, то теперь проблему изучают не только микробиологи, но и фармакологи, биохимики, химики, радиобиологи, врачи всех специальностей.

За последние 35 лет открыто около ста антибиотиков с различным спектром действия, однако, в клинике применяется ограниченное число препаратов. Это объясняется главным образом тем, что большинство антибиотиков не удовлетворяют требованиям практической медицины.

Изучение строения антибиотиков позволило подойти к раскрытию механизма их действия, особенно благодаря огромным успехам в области молекулярной биологии.

Цель работы: изучить историю антибиотиков.

Задачи: 1) ознакомиться с историей появления антибиотиков.

2) рассмотреть общую характеристику антибиотиков.

I) История появления антибиотиков

Идея использования микробов против микробов и наблюдения о микробном антагонизме относятся к временам Луи Пастера и И.И. Мечникова. В частности, Мечников писал, что «в процессе борьбы друг с другом микробы вырабатывают специфические вещества как орудия защиты и нападения». А чем иным, как не орудием нападения одних микробов на другие, оказались антибиотики? Современные антибиотики – пенициллин, стрептомицин и др. – получены как продукт жизнедеятельности различных – бактерий, плесеней и актиномицетов. Именно эти вещества действуют губительно, либо задерживают рост и размножение болезнетворных микробов.
Еще в конце XIX в. профессор В.А. Манассеин описал противомикробное действие зеленой плесени пенициллиум, а А.Г. Полотебнов с успехом применял зеленую плесень для лечения гнойных ран и сифилитических язв. Кстати, известно, что индейцы майя использовали зеленую плесень для лечения ран. При гнойных заболеваниях рекомендовал плесень и выдающийся арабский врач Абу Али Ибн Сина (Авиценна).
Эра антибиотиков в современном значении этого слова началась с замечательного открытия – пенициллина Александром Флемингом. В 1929 г. английский ученый Александр Флеминг опубликовал статью, принесшую ему всемирную известность: он сообщил о новом, выделенном из колоний плесени, веществе, которое он назвал пенициллином. С этого момента и начинается «биография» антибиотиков, которые по праву считаются «лекарством века». В статье указывалось на высокую чувствительность к пенициллину стафилококков, стрептококков, пневмококков. В меньшей степени к пенициллину были чувствительны возбудитель сибиреязвенной болезни и бацилла дифтерии, а совсем не восприимчивы – бацилла брюшного тифа, холерный вибрион и другие. Однако А. Флеминг не сообщил о виде плесени, из которой он выделил пенициллин. Уточнение сделал известный миколог Шарль Вестлинг.
Но этот пенициллин, открытый Флемингом, имел ряд недостатков. В жидком состоянии он быстро терял свою активность. Из– за слабой концентрации его приходилось вводить в больших количествах, что было очень болезненно. Пенициллин Флеминга содержал в себе также много побочных и далеко не безразличных белковых веществ, попавших из бульона, на котором выращивалась плесень пенициллиум. В результате всего этого использование пенициллина для лечения больных затормозилось на несколько лет. Только в 1939 г. врачи медицинской школы Оксфордского университета приступили к изучению возможности лечения пенициллином инфекционных заболеваний. Г. Флори, Б. Хаийн, Б. Чейн и другие специалисты составили план подробного клинического испытания пенициллина. Вспоминая этот период работы, профессор Флори писал: «Все мы работали над пенициллином с утра до вечера. Засыпали с мыслью о пенициллине, и единственным нашим желанием было разгадать его тайну». Эта напряженная работа принесла свои результаты. Летом 1940 года первые белые мыши, экспериментально зараженные стрептококками в лабораториях Оксфордского университета, были спасены от смерти благодаря пенициллину. Полученные результаты помогли клиницистам проверить пенициллин на людях. 12 февраля 1941 года Э. Абразам ввел новый препарат безнадежным больным, погибающим от заражения крови. К сожалению, после нескольких дней улучшения больные все же скончались. Однако трагическая развязка наступила не в результате применения пенициллина, а из–за его отсутствия в нужном количестве. С конца 30–х. гг. XX века работами Н.А. Красильникова, изучавшего распространение в природе актиномицетов, и последующими работами З.В. Ермольевой, Г.Ф. Гаузе и других ученых, исследовавших антибактериальные свойства почвенных микроорганизмов, было положено начало развитию производства антибиотиков. Отечественный препарат пенициллин был получен в 1942 году в лаборатории З.В. Ермольевой. В годы Великой Отечественной войны тысячи раненых и больных были спасены.
Победное шествие пенициллина и его признание во всем мире открыло новую эру в медицине – эру антибиотиков. Открытие пенициллина стимулировало поиски и выделение новых активных антибиотиков. Так, в 1942 году был открыт грамицидин (Г.Ф. Гаузе и др.). В конце 1944 года С. Ваксман со своим коллективом проводит экспериментальную проверку стрептомицина, который вскоре стал соперничать с пенициллином. Стрептомицин оказался высокоэффективным препаратом для лечения туберкулеза. Этим объясняется мощное развитие промышленности, выпускающий данный антибиотик. С. Ваксман впервые ввел термин «антибиотик», подразумевая под этим химическое вещество, образуемое микроорганизмами, обладающее способностью подавлять рост или даже разрушать бактерии и другие микроорганизмы. В дальнейшем это определение расширялось. В 1947 году был открыт и выдержал экзамен на эффективность еще один антибиотик пенициллинового ряда – хлоромицетин. Его успешно применяли в борьбе с брюшным тифом, пневмонией, лихорадкой Ку. В 1948–1950 гг. были введены ауромицин и терамицин, клиническое использование которых началось в 1952 году. Они оказались активны при многих инфекциях, включая бруцеллез, туляремию. В 1949 году был открыт неомицин – антибиотик с широким аспектом действия. В 1952 году был открыт эритомицин. Таким образом, ежегодно арсенал антибиотиков увеличивался. Появились стрептомицин, биомицин, альбомицин, левомицетин, синтомицин, тетрациклин, террамицин, эритромицин, колимицин, мицерин, иманин, экмолин и ряд других. Одни из них обладают направленным действием на определенные микробы или их группы, другие обладают более широким спектром антимикробного действия на различные микроорганизмы.
Выделяются сотни тысяч культур микроорганизмов, получаются десятки тысяч препаратов. Однако все они требуют тщательного изучения.
В истории создания антибиотиков много непредвиденных и даже трагических случаев. Даже открытие пенициллина сопровождалось, помимо успехов, и некоторыми разочарованиями. Так, вскоре была обнаружена пенициллиназа – вещество, способное нейтрализовать пенициллин. Это объясняло, почему многие бактерии невосприимчивы к пенициллину (колибацилла и микроб брюшного тифа, например, содержат в своей структуре пенициллиназу). Вслед за этим последовали и другие наблюдения, поколебавшие веру во всепобеждающую силу пенициллина. Было установлено, что определенные микробы приобретают со временем невосприимчивость к пенициллину. Накопленные факты подтвердили мнение о существовании двух видов невосприимчивости к антибиотикам: естественной (структурной) и приобретенной. Стало известно также, что ряд микробов обладает способностью вырабатывать такого же характера защитные вещества и против стрептомицина – фермент стрептомициназу. За этим, казалось бы, должен был последовать вывод о том, что пенициллин и стрептомицин становятся малоэффективными лечебными средствами и что их применять не следует. Как ни важны оказались выявленные факты, как ни грозны они были для антибиотиков, но ученые таких поспешных выводов не сделали. Наоборот, были сделаны два важных вывода: первый – искать пути и методы подавления этих защитных свойств микробов, а второй – еще глубже изучать это свойство самозащиты. Помимо ферментов, некоторые микробы защищаются витаминами и аминокислотами.
Большим недостатком длительного лечения пенициллином и другими антибиотиками было нарушение физиологического равновесия между микро– и макроорганизмом. Антибиотик не выбирает, не делает разницы, но подавляет или убивает любой организм, попадающий в сферу его деятельности. В результате уничтожаются, например, микробы, содействующие пищеварению, защищающие слизистые оболочки; в результате человек начинает страдать от микроскопических грибков. При использовании антибиотиков нужна большая осторожность. Необходимо соблюдать точные дозировки. После испытания каждого антибиотика его направляют в Комитет по антибиотикам, который решает вопрос о возможности применения его на практике.
Продолжают создаваться и совершенствоваться антибиотики, обладающие продленным действием в организме. Другим направлением в совершенствовании антибиотиков является создание таких форм антибиотиков, чтобы вводить их не шприцем, а принимать парентерально. Были созданы таблетки феноксиметилпенициллина, которые и предназначены для приема внутрь. Новый препарат успешно прошел экспериментальные и клинические испытания. Он обладает рядом очень ценных качеств, из которых наиболее важным является то, что он не боится соляной кислоты желудочного сока. Именно это обеспечивает успех его изготовления и применения. Растворяясь и всасываясь в кровь, он оказывает свое лечебное действие. Успех с таблетками феноксиметилпенициллина оправдал надежды ученых. Арсенал антибиотиков в таблетках пополнился рядом других, обладающих широким спектром действия на различных микробов. Большой известностью в настоящее время пользуются тетрациклин, террамицин, биомицин. Внутрь вводятся левомицетин, синтомицин и другие антибиотики. Так был получен полусинтетический препарат ампициллин, задерживающий рост не только стафилококков, но и микробов, вызывающих брюшной тиф, паратиф, дизентерию. Все это оказалось новым и большим событием в учении об антибиотиках. Обычные пенициллины на тифозно–паратифозно– дизентерийную группу не действуют. Теперь открываются новые перспективы для более широкого применения пенициллина на практике.
Большим и важным событием в науке явилось также получение новых препаратов стрептомицина – пасомицина и стрептосалюзида для лечения туберкулеза. Оказывается, этот антибиотик может потерять свою силу в отношении туберкулезных палочек, которые приобрели устойчивость к нему. Несомненным достижением явилось создание во Всесоюзном научно–исследовательском институте антибиотиков дибиомицина. Он оказался эффективным для лечения трахомы. Большую роль в этом открытии играли исследования З.В. Ермольевой. Наука движется вперед, и поиски антибиотиков против вирусных болезней остаются одной из актуальнейших задач науки. В 1957 г. английский ученый Айзеке сообщил о получении им вещества, которое он назвал интерфероном. Это вещество образуется в клетках организма в результате проникновения в них вирусов. Проведено изучение лечебных свойств интерферона. Опыты показали, что наиболее чувствительны к его действию вирусы гриппа, энцефалита, полиомиелита, оспо–вакцины. При этом он абсолютно безвреден для организма. Были созданы жидкие антибиотики в виде суспензий. Эта жидкая форма антибиотиков благодаря своим высокоактивным лечебным свойствам, а также приятному запаху и сладкому вкусу нашла широкое применение в педиатрии при лечении различных болезней. Они настолько удобны для применения, что в виде капель их дают даже новорожденным детям. В эпоху антибиотиков онкологи не могли не задуматься над возможностью использовать их при лечении рака. Не найдутся ли среди микробов продуценты противораковых антибиотиков? Эта задача гораздо более сложная и трудная, чем изыскание противомикробных антибиотиков, но она увлекает и волнует ученых. Большой интерес онкологов вызвали антибиотики, которые вырабатываются лучистыми грибами – актиномицетами. Можно назвать ряд антибиотиков, которые тщательно изучаются в эксперименте на животных, а отдельные – для лечения раковой болезни у людей. Актиномицин, актиноксантин, плюрамицин, саркомицин, ауратин – с этими антибиотиками связана важная полоса в поисках активных, но безвредных препаратов. К сожалению, многие из полученных противораковых антибиотиков этому требованию не отвечают.
Впереди – надежды на успех. Ярко и образно об этих надеждах сказала Зинаида Виссарионовна Ермольева: «Мы мечтаем победить и рак. Когда–то несбыточной казалась мечта о покорении космического пространства, но она сбылась. Сбудутся и эти мечты!» Итак, наиболее эффективными антибиотиками оказались те из них, которые являются продуктами жизнедеятельности актиномицетов, плесеней, бактерий и других микроорганизмов. Поиски новых микробов – продуцентов антибиотиков – продолжаются широким фронтом во всем мире. Еще в 1909 г. профессор Павел Николаевич Лащенков открыл замечательное свойство свежего белка куриных яиц убивать многих микробов. В процессе гибели происходило растворение (лизис) их. В 1922 г. это интересное биологическое явление глубоко изучил английский ученый Александр Флеминг и назвал вещество, растворяющее микробов, лизоцим. У нас в стране лизоцим был широко изучен З.В. Ермольевой с сотрудниками. Открытие лизоцима вызвало большой интерес у биологов, микробиологов, фармакологов и врачей–лечебников разных специальностей. Экспериментаторов интересовали природа, химический состав, особенности действия лизоцима на микробов. Особенно важным был вопрос о том, на какие болезнетворные микробы лизоцим действует и при каких инфекционных болезнях можно его применять с лечебной целью. Лизоцим в разной концентрации обнаружен в слезах, слюне, мокроте, селезенке, почках, печени, коже, слизистых оболочках кишок и других органах человека и животных. Кроме того, лизоцим обнаружен в различных овощах и фруктах (хрен, репа, редька, капуста) и даже в цветах (примула). Лизоцим обнаружен также и у различных микробов.
Лизоцим применяется для лечения при некоторых инфекционных заболеваниях глаз, носа, полости рта и др. Широкая популярность антибиотиков привела к тому, что они нередко стали чем–то вроде средства «домашнего лечения» и применяются без назначения врача. Конечно, такое применение нередко опасно и приводит к нежелательным реакциям и осложнениям. Неосторожное применение больших доз антибиотиков может вызвать более сильные реакции и осложнения. Не надо забывать, что антибиотики могут повреждать микробные клетки, в результате чего в организм поступают ядовитые продукты распада микробов, вызывающие отравление. Часто страдают при этом сердечно–сосудистая и нервная системы, нарушается нормальная деятельность почек, печени. Антибиотики обладают мощным действием на многие микробы, но, конечно, не на все. Антибиотиков универсального действия пока нет. Ученые стремятся к получению антибиотиков так называемого широкого спектра действия. Это значит, что такие антибиотики должны действовать на большое количество различных микробов, и такие антибиотики созданы. К их числу относятся стрептомицин, тетрациклин, хлорамфеникол и др. Но именно потому, что они вызывают гибель массы разнообразных микробов (но не всех), оставшиеся становятся агрессивными и могут причинить вред. В то же время за ними большое будущее. В настоящее время антибиотики стали применяться и для лечения животных и птиц. Так многие инфекционные заболевания птиц благодаря антибиотикам перестали быть бичом в птицеводстве. В животноводстве и птицеводстве антибиотики стали применяться как стимуляторы роста. В сочетании с некоторыми витаминами, прибавленными к корму цыплят, индюшат, поросят и других животных, антибиотики способствуют усилению роста и увеличению их веса. Ученые с полным основанием могут утверждать, что, помимо стимуляции роста, антибиотики окажут и профилактическое действие в отношении заболеваний птиц. Известны работы З.В. Ермольевой и ее сотрудников, отражающие тот факт, что среди птиц, телят и поросят заболеваемость и смертность, например от кишечных инфекций (поносов), резко были снижены при применении антибиотиков.
Будем надеяться, что за антибиотиками будет победа и над другими заболеваниями.

II. Общая характеристика антибиотиков

Антибиотики (от анти... и греч. bĺоs - жизнь), вещества биологического происхождения, синтезируемые микроорганизмами и подавляющие рост бактерий и других микробов, а также вирусов и клеток. Многие антибиотики 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 антибиотики 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 риккетсий]; вторые - лишь микробов какой-либо одной группы (например, эритромицин и олеандомицин подавляют лишь грамположительные бактерии). В связи с избирательным характером действия некоторые антибиотики способны подавлять жизнедеятельность болезнетворных микроорганизмов в концентрациях, не повреждающих клеток организма 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 антибиотика подавляют их рост. Мысль об использовании явления антагонизма микробов для подавления болезнетворных бактерий принадлежит И. И. Мечникову , который предложил употреблять молочнокислые бактерии, обитающие в простокваше, для подавления вредных гнилостных бактерий, находящихся в кишечнике человека. Описано около 2000 различных антибиотиков из культур микроорганизмов, но лишь немногие из них (около 40) 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 антибиотики группы пенициллина , образуемые многими расами Penicillium notatum, P. chrysogenum и другими видами плесневых грибов. Пенициллин подавляет рост стафилококков в разведении 1 на 80 млн. и малотоксичен 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 др.), 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. Антибиотик гризеофульвин был выделен из культур Penicillium griseofulvum и других плесеней. Он подавляет рост патогенных грибков и широко используется в медицине.

Антибиотик из актиномицетов весьма разнообразны по химической природе, механизму действия и лечебным свойствам. Ещё в 1939 советские микробиологи Н. А. Красильников и А. И. Кореняко описали антибиотик мицетин, образуемый одним из актиномицетов. Первым антибиотиком 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 антибиотикам группы водорастворимых органических оснований, к которой принадлежат также антибиотики 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 агентами, удалось получить мутанты , синтезирующие антибиотики с измененным строением молекулы (например, деметилхлортетрациклин). Антибиотик хлорамфеникол (синоним: левомицетин), обладающий широким спектром действия, в отличие от большинства других антибиотиков, производят в последние годы путём химического синтеза, а не биосинтеза. Другим таким исключением является противотуберкулёзный антибиотик циклосерин, который также можно получать промышленным синтезом. Остальные антибиотики 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 антибиотики полиены (нистатин , амфотерицин, леворин), обладающие противогрибковым действием. Антибиотик из бактерий в химическом отношении более однородны и в подавляющем большинстве случаев относятся к полипептидам . В медицине используют тиротрицин и грамицидин С из Bacillus brevis, бацитрацин из Bac. subtilis и полимиксин из Bacillus polymyxa. Низин, образуемый стрептококками, не применяют в медицине, но употребляют в пищевой промышленности в качестве антисептика, например при изготовлении консервов.

Антибиотические вещества из животных тканей. Наиболее известны среди них: лизоцим, открытый английским учёным Антибиотик Флемингом (1922); это энзим - полипептид сложного строения, который содержится в слезах, слюне, слизи носа, селезёнке, лёгких, яичном белке и др., подавляет рост сапрофитных бактерий, но слабо действует на болезнетворных микробов; интерферон - также полипептид, играющий важную роль в защите организма от вирусных инфекций; образование его в организме можно повысить с помощью специальных веществ, называемых интерфероногенами.

Антибиотики могут быть классифицированы не только по происхождению, но и разделены на ряд групп на основе химического строения их молекул. Такая классификация была предложена советскими учёными М. М. Шемякиным и А. С. Хохловым: антибиотики ациклического строения (полиены нистатин и леворин); алициклического строения; антибиотики ароматического строения; антибиотики - хиноны; антибиотики - кислородсодержащие гетероциклические соединения (гризеофульвин); антибиотики - макролиды (эритромицин, олеандомицин); антибиотики - азотсодержащие гетероциклические соединения (пенициллин); антибиотики - полипептиды или белки; антибиотики - депсипептиды.

Третья возможная классификация основана на различиях в молекулярных механизмах действия антибиотиков. Например, пенициллин и цефалоспорин избирательно подавляют образование клеточной стенки у бактерий. Ряд антибиотиков избирательно поражает на разных этапах биосинтез белка в бактериальной клетке; тетрациклины нарушают прикрепление транспортной рибонуклеиновой кислоты (РНК) к рибосомам бактерий; макролид эритромицин, как и линкомицин, выключает передвижение рибосомы по нити информационной РНК; хлорамфеникол повреждает функцию рибосомы на уровне фермента пептидилтранслоказы; стрептомицин и аминоглюкозидные антибиотики (неомицин, канамицин, мономицин и гентамицин) искажают "считывание" генетического кода на рибосомах бактерий. Другая группа антибиотиков 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 ДНК по типу алкилирующих соединений, а рубомицин - путём интеркаляции. Наконец, некоторые антибиотики избирательно поражают биоэнергетические процессы: грамицидин С, например, выключает окислительное фосфорилирование.

Основные группы антибиотиков

Пенициллины включает следующие лекарства: амоксициллин, ампициллин, ампициллин с сульбактамом, бензилпенициллин, клоксациллин, коамоксиклав (амоксициллин с клавулановой кислотой), флуклоксациллин, метициллин, оксациллин, феноксиметилпенициллин.

Цефалоспорины: цефаклор, цефадроксил, цефиксим, цефоперазон, цефотаксим, цефокситин, цефпиром, цефсулодин, цефтазидим, цефтизоксим, цефтриаксон, цефуроксим, цефалексин, цефалотин, цефамандол, цефазолин, цефрадин.

Пенициллины и цефалоспорины - вместе с антибиотиками монобактамом и карбапенемом - вместе известны как антибиотики бета-лактамы. Другие антибиотики бета-лактамы включают: азтреонам, имипенем (который обычно применяют в комбинации с циластатином).

Аминогликозиды: амикацин, гентамицин, канамицин, неомицин, нетилмицин, стрептомицин, тобрамицин.

Макролиды: азитромицин, кларитромицин, эритромицин, йозамицин, рокситромицин.

Линкозамиды: клиндамицин, линкомицин.

Тетрациклины: доксициклин, миноциклин, окситетрациклин, тетрациклин.

Хинолоны: налидиксовая кислота, ципрофлоксацин, эноксацин, флероксацин, норфлоксацин, офлоксацин, пефлоксацин, темафлоксацин (изъят в 1992г.).

Другие: хлорамфеникол, котримоксазол (триметоприм и сульфаметоксазол), мупироцин, тейкопланин, ванкомицин.

Существует несколько лекарственных форм антибиотиков: таблетки, сироп, растворы, свечи, капли, аэрозоли, мази и линименты. Каждая лекарственная форма имеет достоинства и недостатки.

Таблетки	Недостатки Достоинства 1. Безболезненно. Не требуется усилий (не сложно)
Сиропы	Недостатки 1. Зависимость от моторики желудочно- кишечного тракта 2. Проблема точности дозировки Достоинства 1. Удобны в применении в детской практике
Растворы	Недостатки 1. Болезненно 2. Техническая сложность Достоинства 1. Можно создать депо аппарата (под кожу) 2. 100% биодоступность (вводится внутривенно) 3. Быстрое создание максимальной концентрации в крови.
Свечи и капли	Недостатки Достоинства
Аэрозоли	Недостатки 1. Не все антибиотики можно превратить в аэрозоль Достоинства 1. Быстрое всасывание
Мази, линименты	Недостатки 1. Применяются для местного лечения Достоинства 1. Можно избежать системного воздействия на организм

Микроорганизмы есть везде, можно сказать - всегда. На данный момент подсчитано, что возраст Земли насчитывает около 4,6 миллиарда лет. Океаны появились около 4,4 миллиарда лет назад. Затем на Земле появились первые бактериальные клетки. Чтобы представить себе, как это долго - только в последние 500 миллионов лет развивалась жизнь в форме, напоминающей нынешние формы.

Таким образом, микроорганизмы составляют многочисленную группу организмов, без которых не обошлось открытие антибиотиков - и дальнейшее совершенствование их форм не было бы возможно. Открытие и введение этих веществ естественного происхождения для лечения инфекционных заболеваний человека, положило начало новой эпохе - спасения жизни и здоровья миллионов людей по всему миру.

История исследований

В научных исследованиях можно найти информацию о том, что микроорганизмы окружающей среды - имеют антибиотические свойства. Уже в древности интуитивно считалось, что существуют в природе вещества, которые помогают в лечении многих заболеваний, в частности инфекций. Есть также доказательства, что люди, еще тогда, пытались использовать антибиотики природного происхождения для лечения различных заболеваний. Следы тетрациклина - для примера, были найдены в останках костей человека в районе Нуби (исторической земли расположенной в настоящее время на территории южного Египта и северного Судана), датируется началом нашей эры (350 - 550).

Другим примером применения антибиотиков в древние времена, является утверждение их присутствия при анализе гистологических образцов, взятых из тела бедренной кости скелета времен Римской Империи, в Ливийской пустыне в Египте. В исследуемых образцах было выявлено наличие тетрациклина. Тот факт, что эти вещества попали в кости, доказывает, что в рационе древних цивилизаций находились вещества богатые на антибиотики природного происхождения. Есть также упоминания, что более 2000 лет назад заплесневелый хлеб в Китае, Греции, Сербии, Египте использовался для лечения некоторых патологических состояний, в частности, при плохо заживающих и инфицированных ранах. Тогда действия природных антибиотиков воспринимались как влияние духов или богов, ответственных за болезни и страдания.

В России существовали подобные применения. Медики давали больным пациентам пиво, смешанное с оболочками черепов и кожей змеи, а вавилонские врачи вылечили больному глаза, используя смесь желчи лягушки и кислого молока. В XVII веке, промывали раны смесью на базе пшеничного хлеба с плесенью. Однако научные размышления над специфическими свойствами микроорганизмов начались лишь в конце XIX века.

В 1870 году в Англии Сэр Джон Скотт Бурдон-Сандерсон начал наблюдения над свойствами плесени. Год спустя, Джозеф Листер экспериментировал с влиянием того, что он назвал Penicillium glaucium на ткани человека. Последовательно, в 1875 году Джон Тинделл пояснил антибактериальное действие гриба Penicillium на страницах Royal Society. Во Франции в 1877 году Луи Пастер провел тезис о том, что бактерии могут убивать другие бактерии. 20 лет спустя, в 1897 году Эрнест Дюшен, на защите диссертации "Антагонизм между плесенью и микроорганизмами", констатировал факт наличия веществ, которые могут привести к подавлению размножения некоторых патогенных бактерий. Дальнейшие исследования плесени и микробов были прерваны в связи со смертью, вызванной туберкулезом ученого.

В 1899 году Рудольф Эммерих и Оскар Лев описали в статье результаты своей работы с микроорганизмами. Они доказали, что бактерии, которые являются источниками одной болезни, могут быть выходом и лечением для другой болезни. Они вели примитивное исследование, применяя зараженные бактериями (Bacillus pyocyaneus - в настоящее время Pseudomonas aeruginosa) бинты. Образцы из этих используемых штаммов бактерий были в состоянии устранить другие штаммы. Из этих экспериментов Эммерих и Лев создали препарат, основанный на штаммах бактерий B. pyocyaneus, который назвали pyocyanase. Это был первый антибиотик для применения в больницах. К сожалению, его эффективность была низкой. Кроме того, наличие большого количества акридизина (вещество токсичное для человека), повлияло на факт прекращения применения данного препарата.

Изобретатель антибиотиков

Важной вехой и, одновременно, началом настоящей эры антибиотиков был 1928 год. Тогда изобретатель антибиотиков Александр Флеминг - шотландский бактериолог, исследователь (1922) - открыл белок со свойствами антисептика, после возвращения из отпуска, случайно обратил внимание на странные аномалии, которые произошли на чашке с колониями Золотистого стафилококка, предназначенной для утилизации. Его внимание привлекла голубая плесень (Penicillium notatum) и связанное с этим интересное наблюдение, что фрагмент на питательной среде колоний бактерий, рос в пространстве, что окружает мицелий, подвергаясь дезинтеграции. Тогда он начал разведение плесени, одновременно начал проводить исследования для того, чтобы использовать плесень в борьбе с патогенами. Исследования продолжались достаточно долго. Спустя 10 лет уже в 1939 году Говард Флори, Эрнст Чейн и Норман Хитл внедрили в производство пенициллин.

Сначала пенициллин производили на нескольких чашках, но со временем они внедрили масштабную промышленность данного вещества. Да, именно антибиотик под названием пенициллин вошел в клиническую практику в 1940 году. Пенициллин начали использовать во время боевых действий в Северной Африке, в 1943 году. Доступен он был в форме кальциевой соли (CaPn) в виде порошка, который представлял собой смесь CaPn и сульфонамиды. Применяли его для засыпки ран, в виде мазей, а также в чистом виде, предназначенном для приготовления растворов для промывания полостей тела и ран, а также в виде таблеток натриевой соли (NaPn), которые после преобразования в волокнистую солевую массу предназначались для инъекций. Вначале на фронт попадали ограниченные ресурсы данного антибиотика, кроме того, детально документировалось каждое его использование. Применяли его, в частности, для лечения газовой гангрены, тяжелых ран грудной клетки с повреждением внутренних органов, ран головы и сложных, открытых ран, при повреждениях суставов. Его использовали также для лечения тяжелых форм воспаления легких, менингита и септицемии - после предварительной проверки на чувствительность бактерий которые вызвали эти инфекции, к пенициллину. В более поздний период, когда на фронт попадало больше препарата, его использовали также для лечения гонореи.

Развитие и проведение дальнейших анализов

Еще один ученый, который навсегда вошел в историю как первооткрыватель антибиотиков, полученных из микроорганизмов - Сельман Ваксман. Это он первым употребил название "антибиотик" (anti - против и biotikos - жизненный) - химическое вещество, вырабатываемое бактериями, обладает способностью убивать или задерживать рост других микроорганизмов. Ваксман, еще, будучи студентом, систематически брал пробы грунта с территории своего учебного заведения и занимался наблюдением роста различных микроорганизмов. Во время своих долго продолжающихся исследований отметил возникновение колоний микробов, количество которых зависит от типа почвы, рн, глубины добычи и назначения грунта. Эти открытия повлияли на тот факт, что этот человек на постоянной основе занялся разведением грамм-положительных бактерий. Следствием долгих исследований Ваксмана, в дальнейшем стало открытие стрептомицина, его учеником - Альбертом Шатцом.

Он отметил, что Streptomyces griseus (S. griseus) производит связь активности в отношении грамотрицательных бактерий и микобактерий туберкулеза. Стрептомицин был самым важным открытием с момента открытия пенициллина. Благодаря этому началась эффективная борьба с туберкулезом. Открытия первых антибиотиков дало толчок для проведения дальнейших анализов и изготовления многих новых веществ. В связи с этим, период между 1950 и 1970 годом стал поистине «золотой эрой» открытий новых классов антибиотиков. Из числа многочисленных препаратов, в которых предшественниками были вещества, вырабатываемые микроорганизмами, следует отметить, в частности, те, что относятся к классам b-лактамов, аминогликозидов или тетрациклинов.

Заключение

Как видно из приведенных выше кратких сведений, микроорганизмы дали начало великим открытиям, но с момента введения массового производства антибиотиков, их применение в медицине и в других областях, к сожалению, показало сопротивление организма на несколько классов антибиотиков. Однако фактом является то, что в настоящее время это глобальная проблема и огромная опасность современной медицины.

Несмотря на большой прогресс, который наблюдается в области генетики, микробиологии или молекулярной биологии, еще нет достаточных знаний о механизмах, ответственных за устойчивость к антибиотикам. Не определенно, какие факторы отвечают за устойчивость к антибиотикам и не известно, какие барьеры ограничивают передачу таких генов другим видам микроорганизмов.

С того момента, когда Александр Флеминг открыл антибиотик, прошло почти 100 лет. Этот период можно назвать временем большого развития фармацевтической промышленности, богатого на новые лекарственные препараты для лечения многих болезней, которые совсем недавно считались неизлечимыми. Не было бы всего этого без маленьких микроорганизмов, которые стали великими союзниками человечества.

Большинство доступных сегодня препаратов было обнаружено во время так называемой «золотой эры» антибиотиков. Еще недавно казалось, что с концом этого периода возможности поиска новых бактерий прошли уже все возможные способы. Ничего более далекого от истины - в настоящее время уже известно, что существуют еще большие залежи непроверенных микроорганизмов. Есть много "фабрик", где возможно есть потенциал альтернативных веществ в терапии различных заболеваний. До сих пор продолжаются активные поиски новых мест обитания микроорганизмов, а также новых методов, способов и возможностей их привлечения и разведения. Подсчитано, что к настоящему времени удалось выделить и охарактеризовать только 1% всех антимикробных соединений, которые вырабатываются в природе, и только 10%, естественно, производимых антибиотиков.