Микробиология(Закарян). Первая. Общая микробиология. Глава место микроорганизмов среди
 Скачать 2.06 Mb.
|
|
ГЛАВА 10. ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ Организация генетического материала у бактерий. Генотип и фенотип Материальной основой наследственности бактерий является ДНК. По сравнению с геном ом эукариотов геном бактерий устроен более просто - это молекула ДНК, замкнутая в кольцо, которое прикреплено к одной из мезосом. В отличие от парных хромосом эукариотов, у бактерий одна хромосома, то есть гаплоидный набор генов, поэтому у них нет явления доминантности. Кроме хромосомы, у бактерий имеются внехромосомные генетические элементы - плазмиды. Это молекулы ДНК, которые или находятся вне хромосомы, в автономном состоянии, в виде колец, прикрепленных к мезосомам, или встроены в хромосому (интегрированное состояние). Плазмиды придают бактерии дополнительные наследственные признаки, но не являются обязательными для нее. Плазмида может быть элиминирована (удалена) из бактерии, что не влияет на ее жизнеспособность. В настоящее время известно свыше 20 типов плазмид у бактерий. Назовем некоторые из них : F-плазмида, фактор фертильности (лат. fertilis - плодовитый), или половой фактор, определяет способность бактерий к образованию половых ворсинок и к конъюгации. R-плазмиды определяют резистентность бактерий к лекарственным средствам. Передача R- плазмид от одних бактерий к другим приводит к быстрому распространению лекарственноустойчивых бактерий. Col-плазмиды кодируют синтез бактериоцинов - антибактериальных веществ, вызывающих гибель других бактерий того же илиродственных видов. Впервые они были обнаружены у Escherichia соН,отсюда и их название - колицины. Известны бактериоцины стафилококков (стафилоцины), палочек чумы (пестицины) и других бактерий. Наличие плазмиды бактериоциногенности придает бактериям селективные преимущества в биоценозах. Это может иметь для организма человека положительное значение, если колицины кишечной палочки губительно действуют на патогенные энтеробактерии, и отрицательное, если бактериоцины продуцируются патогенными микробами. Ent-плазмиды определяют продукцию энтеротоксина. Н1у-плаз-мида - гемолитическую активность. Дополнительными генетическими элементами являются также профаги - геномы умеренных фагов, которые, встраиваясь в хромосому бактерии, могут придавать ей определенные свойства. Например, tox-гены, кодирующие образование экзотоксинов коринебактерий дифтерии, клостридий ботулизма и др. Генотип - это общая сумма генов микроба. В отношении микроорганизмов "генотип" означает то же, что "геном". Фенотип - это весь комплекс свойств микроба, проявление генотипа в определенных, конкретных условиях существования. Генотип - это возможные способности клетки, а фенотип - видимое их проявление. Гены, ответственные за синтез какого-то соединения, обозначают строчными буквами латинского алфавита по названию соединения, например, при наличии гена, кодирующего синтез лейцина, - ieu + , при отсутствии - leu - . Гены, ответственные за резистентность к лекарственным средствам, бактериофагам, ядам, обозначают буквой г (лат. resistentia), а чувствительные - буквой s (лат. sensitiv - чувствительный). Например, чувствительность к стрептомицину обозначают str 5 , резистентность str r . Фенотип бактерий обозначается теми же знаками, но с прописной буквы: соотвественно Leu + , Leir, Str 1 , Str 8 Изменчивость микроорганизмов Наследственность - способность сохранения постоянства специфических свойств организма на протяжении ряда поколений, то есть способность воспроизводить себе подобных. Изменчивость - различие в свойствах между особями одного вида. Различают изменчивость наследственную и ненаследственную. Ненаследственная или фенотипическая изменчивость (модификации) не затрагивает геном микроба, не передается по наследству. Модификации возникают в ответ на изменяющиеся условия окружающей среды. При устранении фактора, вызвавшего модификацию, изменение исчезает. Например, кишечная палочка только в присутствии лактозы продуцирует ферменты, разлагающие этот углевод. Стафилококки образуют фермент, разрушающий пенициллин, только в присутствии этого антибиотика. Примером модификаций является также образование L-форм бактерий под действием пенициллина и возврат к исходной форме после прекращения его действия. Наследственная или генотипическая изменчивость возникает в результате изменения самого генома. Изменение генома может наступить в результате мутаций или рекомбинаций. Мутации (лат. mutatio - изменение) - изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, в результате которого происходит появление или потеря признака. Таким признаком может быть способность синтезировать какую-либо аминокислоту или резистентность к анти- биотику. По происхождению мутации могут быть спонтанными или индуцированными. Индуцированные мутации получают в эксперименте под влиянием мутагенов: радиации, некоторых химических веществ. Спонтанные мутации возникают под влиянием естественных факторов. Ча- стота спонтанных мутаций невелика, в среднем 1 на 10 млн. Об- разевавшиеся микробы называют мутантами. Если возникшая мутация выгодна для микроба и создает для него преимущества в определенных условиях среды, то мутанты выживают и дают многочисленное потомство. Если же мутация не создает преимуществ, мутанты погибают. Мутации микроорганизмов могут иметь важное практическое значение. Получены штаммы- мутанты грибов и актиномицетов, являющиеся продуцентами антибиотиков во много раз более активных, чем исходные культуры. Из мутантов с ослабленной вирулентностью могут быть получены вакцинные штаммы для получения живых вакцин. Диссоциация бактерий (лат. dissociatio - расщепление) - одно из проявлений мутаций. В популяции микроорганизмов появляются особи, вырастающие при посеве на плотную питательную среду в виде гладких S-форм и шероховатых R-форм колоний (англ, smooth - гладкий, rough - шероховатый). S-формы колоний - круглые, влажные, с гладкой блестящей поверхностью, с ровными краями. R-формы колоний неправильной формы, сухие, с изрезанными краями и шероховатой поверхностью. Процесс диссоциации, то есть расщепления особей в популяции, обычно протекает в одном направлении: от S- к R-форме, иногда через промежуточные формы. У большинства видов бактерий вирулентными являются S-формы. Исключение составляют возбудители,чумы, сибирской язвы, туберкулеза. Генетические рекомбинации Генетические рекомбинации - (лат. recombinatio - перестановка) у бактерий - это передача генетического материала (ДНК) от клетки-донора к клетке-реципиенту, в результате появляются рекомбинанты с новыми свойствами. Известны три типа генетических рекомбинаций: трансформация, трансдукция, конъюгация (рис.11, табл. 2). Трансформация (лат. transforma-tio - превращение) - передача ДНК в виде свободного растворимого вещества, выделенного из клетки донора, в клетку реципиента. При этом рекомбинация происходит, если ДНК донора и реципиента родственны друг другу, и может произойти обмен гомологичных участков своей и проникшей извне ДНК. Впервые явление трансформации открыл Ф. Гриффите в 1928 г. Он ввел мышам живой невирулентный бескап- сульный штамм пневмококка и одновременно убитый вирулентный кап-сульный штамм пневмококка Мыши погибли, из их крови была выделена живая культура вирулентного капсульного пневмококка Сам Гриффите считал, что трансформация произошла путем поглощения невиру- лентным пневмококком капсульного вещества вирулентного штамма Позже, в 1944 г О Эвери, К Мак Леод и М Мак-Карти доказали, что трансформирующее вещество - это ДНК, которая является носителем генетической информации Гак впервые была доказана роль ДНК как материального субстрата наследственности Трансдукция (лат transductio - перенос) - передача ДНК от бактерии-донора к бактерии- реципиенту с помощью бактериофага Различают неспецифическую трансдукцию, специфическую и абортивную При неспецифической трансдукции может быть перенесен любой фрагмент ДНК донора При этом ДНК донора попадает в головку бактериофага, не включаясь в его геном Принесенный бактериофагом фрагмент ДНК донора может включиться в хромосому реципиента Таким образом, бактериофаг в этом случае является только переносчиком ДНК, сама фаговая ДНК не участвует в образовании рекомбинанта При специфической трансдукции гены хромосомы донора замещают собою некторые гены бактериофага В клетке реципиента фаговая ДНК вместе с фрагментом хромосомы донора включается в строго определенные участки хромосомы реципиента в виде профага Реципиент становится лизогенным и приобретает новые свойства Трансдукция называется абортивной, если фрагмент ДНК, принесенный бактериофагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента, а остается в цитоплазме и может кодировать синтез какого-то вещества, но не реплцируется при делении, передается только одной из двух дочерних клеток и затем утрачивается. Конъюгация (лат. conjugatio - соединение) - это переход ДНК из клетки-донора ("мужской") в клетку-реципиент ("женскую") через половые пили при контакте клеток между собой. Донором является "мужская" клетка (F + -клетка), она содержит F-фактор - половой фактор, который кодирует образование половых пилей. Клетки, не содержащие F-фактора (F - -клетки), являются женскими. При конъюгации клетки-доноры соединяются с клетками-реципиентами с помощью F-пилей, через которые происходит переход ДНК. Если клетка-реципиент получает F-фактор, она становится "мужской" F + -клеткой. Если F-фактор включен в хромосому, то бактерии способны передавать фрагменты хромосомы и называются Hfr-клетками (англ, high frequency of recombination - высокая частота рекомбинации). При конъюгации хромосома разрывается в месте нахождения F-фактора и реплицируется, причем одна нить ДНК передается в клетку реципиента, а копия остается в клетке донора. F-фактор включается в хромосому в определенном ее участке, поэтому перенос отдельных генов хромосомы совершается в строго определенное время. Таким образом, прерывая процесс конъюгации через разные промежутки времени путем встряхивания взвеси бактерий, можно выяснить, какие признаки передаются за это время. Это позволяет построить карту хромосомы, то есть последовательность расположения генов в хромосоме. Перенос всей хромосомы может длиться до 100 минут. F-фактор при этом переносится последним. Особенности генетики вирусов Модификации. Ненаследуемые изменения у многих вирусов происходят в результате включения в состав их внешней оболочки липидов и углеводов клеток хозяина, в которых вирус репродуцируется. Мутации. Спонтанные мутации возникают в результате ошибок при репликации генома вируса. Индуцированные мутации происходят под действием мутагенов. Одни из них (азотистая кислота) влияют на внеклеточный вирион, другие (акридин, аналоги азотистых оснований) - на процесс репликации вирусной нуклеиновой кислоты в клетке. Мутанты отличаются от исходных вирусов по строению и величине бляшек, которые они образуют в культуре клеток, по антигенам, по чувствительности к температуре. Рекомбинации. При одновременном паразитировании двух вирусов в одной клетке хозяина возможен обмен генетическим материалом между ними. В результате генетической рекомбинации происходит обмен участками HK между разными вирусами, и образуются рекомбинанты, обладающие генами двух исходных вирусов. Вирус гриппа имеет геном, состоящий из восьми фрагментов РНК. При одновременной репродукции в одной клетке двух разных вирусов гриппа между ними может происходить обмен генами. Образовавшинеся рекомби-нанты будут представлять собой новый тип вируса гриппа. При одновременном паразитировании двух видов вируса в одной клетке в момент формирования зрелых вирионов возможно фенотипическое смешивание, когда геном одного вируса одевается капсидом другого вируса (феномен транскапсидации). Так, например, известны случаи, когда геном вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) оказывается включенным в белковый капсид другого вируса. В результате такой вирус приобретает способность поражать такие виды клеток, которые были нечувствительны к исходному вирусу. Практическое значение учения о генетике микробов При микробиологической диагностике инфекционных заболеваний возникают затруднения в определении вида атипичных микробов, например, бактерий дизентерии, не агглютинирующихся сыворотками. Для их идентификации приходится применять другие методы. В процессе лечения больных инфекционными болезнями создаются препятствия в виде устойчивости возбудителей к антибиотикам, и требуются специальные методы для преодоления лекарственной устойчивости. Селекция в условиях стационаров штаммов микроорганизмов, обладающих множественной лекарственной устойчивостью и высокой вирулентностью для человека, привело к формированию так называемых «госпитальных» штаммов, вызывающих внутрибольничныс инфекции. Такие штаммы известны среди стафилококков, а также среди сальмонелл и других грамотрицательных палочек. Методами направленной мутации и селекции получены живые вакцины, с успехом применяющиеся для профилактики инфекционных болезней. Достижения молекулярной генетики используются для современных методов идентификации микробов: методы индикации нуклеиновых кислот, полимеразная цепная реакция (ПЦР). Полимеразная цепная реакция является высокочувствительной реакцией, т.к. позволяет увеличить число копий исследуемой цепи ДНК в сотни тысяч раз за несколько часов. ПЦР может быть использована особенно тогда, когда в исследуемом материале имеется очень малые концентрации возбудителя или трудно выделить чистую культуру, а также при его высокой антигенной изменчивости. Генетическая инженерия Генетическая инженерия основана на создании рекомбинантных организмов, содержащих встроенные в их хромосому гены, кодирующие продукцию необходимых для производства соединений. Последовательные этапы рекомбинации: 1) получение ДНК. Участки ДНК, то есть гены, кодирующие синтез необходимого вещества, выделяют из хромосомы путем разрезания ферментами (рестриктазами). В некоторых случаях удается получить методом химического синтеза небольшие гены, аналогичные природным; 2) полученный ген (отрезок ДНК) с помощью ферментов (лигаз) соединяют ("сшивают") с другим отрезком ДНК, который будет служить вектором для встраивания гибридного гена в клетку. В качестве вектора можно использовать плазмиды, бактериофаги, вирусы; 3) вектор, несущий встроенный в него ген, встраивается в бактериальную или животную клетку, которая приобретает способность продуцировать не свойственное этой клетке вещество. В качестве таких реципиентов используют клетки Е. coli, P. aeruginosa, дрожжи, вирус осповакцины. Подбирая подходящего реципиента, учитывают выраженность синтеза необходимого вещества. Некоторые штаммы бактерий, получивших чужой ген, способны переключать половину своего потенциала на синтез соединения, кодируемого этим геном. Учитывается также возможность секреции вещества в окружающую среду, возможность культивирования в промышленных масштабах, экологическая безопасность. Биологические препараты, полученные методом генетической инженерии: интерфероны, интерлейкины, инсулин, гормон роста, вакцина против гепатита В, антигены ВИЧ для диагностики и другие препараты. Методы генетической инженерии перспективны: - для получения антигенов с целью диагностики заболеваний, возбудители которых или не культивируются на питательных средах (сифилис, малярия) или опасны для культивирования; - для получения препаратов, сырье для которых дорогостоящее или дефицитное: интерфероны, инсулин, гормон роста, интерлейкины и другие цитокины, регулирующие иммунитет, а также антитела. ГЛАВА11. АНТИБИОТИКИ По современной классификации, термин «антибиотики» объединяет все лекарственные препараты, избирательно подавляющие микроорганизмы и не повреждающие органы и клетки человека. Их разделяют на следующие группы: а) природные - продуцируемые живыми организмами; б) полусинтетические - полученные в результате модификации структуры природных антибиотиков; в) синтетические - полученные методом синтеза (прежнее их название - химиотерапевтические средства). Исторически сложилось так, что вначале были получены синтетические препараты, получившие название химиотерапевтических, а лечение этими препаратами - химиотерапии. Основоположником химиотерапии является немецкий химик Пауль Эрлих (1854-1915), который установил возможность создания химических соединений, избирательно действующих на определенные виды микробов. Первыми химиотерапевтическими средствами, синтезированными Эрлихом, были сальварсан и неосальварсан, обладающие противосифилитическим действием. Эрлих сформулировал основные положения химиотерапии, понятие об этиотропном лечении (греч. aitia - причина), направленном против возбудителей заболевания, а также впервые обнаружил явление лекарственной устойчивости микробов. В 1932 г. Г. Домагк синтезировал первый сульфаниламидный препарат - стрептоцид. В дальнейшем были получены препараты биологического происхождения, по своей антимикробной активности на несколько порядков превосходящие синтетические препараты. Их действие основано на антагонизме микробов. Чаще всего антагонизм наблюдается среди почвенных микробов. Еще в 1887 г. Л. Пастер обнаружил подавление роста бацилл сибирской язвы гнилостными бактериями при совместном их выращивании. Идея об антагонизме микробов нашла практическое применение в трудах И.И. Мечникова, предложившего использовать антагонистическое действие молочнокислых бактерий на гнилостные микробы кишечника и путем введения лакто-бактерий изменять кишечную флору. Идея И.И. Мечникова о возможности и целесообразности направленного изменения кишечной микрофлоры и об использовании с этой целью микробов- антагонистов лежит в основе бактериотераиии (лечения живыми микробами) п современного учения об антибиотиках. В 1929 г. английский микробиолог А. Флеминг обнаружил на чашках Петри лизис колоний золотистого стафилококка вблизи плесени Penicillium notatum и показал, что фильтрат бульонной культуры этой плесени обладал антибактериальным действием в отношении грампо-ложительных бактерий. Однако препарат пенициллина получили лишь в 1941 г. Г.У. Флори и Э. Чейн. В Советском Союзе пенициллин был получен З.В. Ермольевой в 1942 г. из плесени Penicillium crustosum. Вслед за получением пенициллина начались и продолжаются в настоящее время широкие поиски новых антибиотических веществ природного происхождения и получение высокоактивных синтетических препаратов. Синтезированные в последнее время фторхинолоны по своей ак- тивности приближаются к антибиотикам природного происхождения. Для оценки пригодности антибиотика к применению служит химиотерапевтический индекс. Величина индекса определяется по формуле: Максимально переносимая доза (Dosis tolerantia) ХТИ = ------------------------------------------------------------- Минимальная терапевтическая доза (Dosis curavita) ХТИ должен быть не менее 3. Природные и полусинтетические антибиотики Природные антибиотики продуцируются живыми организмами (продуцентами). В зависимости от источника получения различают несколько групп природных антибиотиков: 1) антибиотики, продуцентами которых являются микроскопические грибы: пенициллин, цефалоспорин, фузидин, гризеофульвин; 2) антибиотики, полученные из актиномицетов: стрептомицин, тетрациклины, неомицин, эритромицин и другие; 3) антибиотики, полученные из бактерий: полимиксины; 4) антибиотики, полученные из животных тканей: люоцим (из белка куриного яйца), интерферон (продуцируется донорскими лейкоцитами), эктерицид (из рыбьего жира); 5) антибиотики, полученные из растений (фитонциды): хлорофиллипт - из эвкалипта, сальвин - из шалфея. Полусинтетические антибиотики получают путем модификации структуры природных антибиотиков, с целью придания препарату новых полезных свойств. Так, природный пенициллин имеет недостатки: быстро выводится из организма, разрушается в желудочно-кишечном тракте, имеет узкий спектр действия, разрушается бета-лакта-мазой - ферментом, выделяемым устойчивыми к пенициллину бактериями. Получены полусинтетические препараты пенициллина: 1) устойчивые к действию бета-лактамазы (оксациллин); 2) устойчивые к действию желудочного сока (феноксиметилпенициллин); 3) пенициллины широкого спектра действия (амнициллин, амоксициллин, карбенициллин); 4) пенициллины пролонгированного действия (бициллины). Получен целый ряд полусинтетических цефалоспоринов. Химиотерапевтические средства (синтетические антибиотики) К антимикробным препаратам, полученным методом синтеза, относятся: сульфаниламиды: сульфадимезин, уросульфан, сульфазин, фталазол, сульгин, сульфадиметоксин и другие; - комбинированные препараты сульфаниламидов с триметопримом: бактрим (бисептол), сульфатон;производные нитроимидазола: метрони-дазол (трихопол); - производные нитрофурана (фурацилин, фурадонин, фурагин); - хинолины (производные 8-оксихинолина): нитроксолин (5-НОК); - хинолоны I поколения: налидиксовая кислота (невиграмон), пипемидиновая кислота (полин); хинолоны II поколения (фторхинолоны): ципрофлоксацин (ципробай), офлоксацин, перфлоксацин, норфлоксацин. Аналогами природных антибиотиков являются синтетические препараты: левомицетин, циклосерин. По химическому составу антибиотики подразделяют на несколько групп. 1) бета-лактамные антибиотики - гетероциклические соединения с бета-лактамным кольцом. К этой группе относятся пенициллины и цефалоспорины. 2) Тетрациклины: окситетрациклин, хлортетрациклин, доксицик- лин, метациклин, вибромицин, морфоциклин. Содержат четыре бензольных кольца с радикалами. 3) Аминогликозиды. К ним относится группа стрептомицина и его производные: неомицин, канамицин. Аминогликозиды II поколения: тобрамицин, сизомицин; III поколения: нетилмицин, амнкацин. 4) Полипептиды - полимиксин. 5) Макролиды - соединения, содержащие макроциклическое лак-тонное кольцо: эритромицин, азитромицин (сумамед). 6) Анзамицины - рифампицин. 7) Полиеновые антибиотики - нистатин, леворин, амфотерицин В, имеющие двойные связи СН=СН. Спектр активности антибиотиков Спектр активности - это перечень видов микробов, на которые препарат оказывает действие. Принято делить антибиотики по спектру активности в зависимости от того, на какие микробы они действуют: антибактериальные, противогрибковые, противовирусные, противо- опухолевые. При этом различают антибиотики широкого и узкого спектра действия. Антибактериальные антибиотики. Сюда относится большинство препаратов. К антибиотикам узкого спектра активности относится бен-зилпенициллин, который оказывает действие на гноеродные кокки, некоторые грамположительные палочки и на спирохеты. Полимиксин действует только на грамотрицательные бактерии. Антибиотики широкого спектра действия активны в отношении многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, а некоторые из них - также в отношении риккетсий, хламидий, микоплазм. К антибиотикам широкого спектра действия относятся тетрациклины, левомицетин, аминогликозиды, макролиды. Противогрибковые антибиотики. Это леворин, гризеофульвин. Широким спектром действия обладает амфотерицин В, активный при многих микозах, в том числе глубоких. Нистатин - антибиотик узкого спектра действия, активен в отношении грибов рода Кандида. Противовирусный природный антибиотик животного происхождения - интерферон. Это низкомолекулярный белок, образуется в клетках организма или в культуре клеток под действием индукторов инерферона и является одним из факторов неспецифнческой противовирусной защиты. Индукторами могут быть не только вирусы, но и бактерии, ЛПС бактерий, некоторые лекарственные средства. В начале изучения интерферона было открыто его противовирусное действие, в дальнейшем было обнаружено несколько типов интерферонов и многообразное их действие: противовирусное, противоопухолевое, иммуномодулирующее, радиопротекторное. Интерферон неспецифичен в отношении вида вируса, но обладает видовой специфичностью. Поэто- му для лечения человека эффективен интерферон, выделяемый культурой человеческих клеток. Интерферон не оказывает непосредственного действия на вирус, но подавляет синтез вирусных белков в клетке и таким образом препятствует образованию вирионов. Известно несколько типов интерферона, из которых в качестве противовирусного средства применяется лейкоцитарный а- интерферон. С помощью методов генетической инженерии получен рекомби-нантный интерферон - реаферон. Противоопухолевые антибиотики задерживают размножение или оказывают цитотоксическое действие на опухолевые и быстроразмножающиеся нормальные клетки организма, подавляя синтез нуклеиновых кислот или белка. Это митомицин С, рубомицин, оливомицин и многие другие, применяющиеся при определенных видах опухолей. Активность каждого антибиотика определяется по его действию на соответствующий тест- микроб. За единицу активности (ЕД) для большинства антибиотиков принимают специфическую активность, содержащуюся в 1 мкг чистого вещества. Для пенициллина 1 мкг = 1,67 БД, для нистатина 1 мкг = 4 ЕД. Типы и механизмы действия Различают бактерицидное и бактериостатическое действие: - бактериостатическое (лат. stasis - стояние) - задержка роста бактерий; - бактерицидное (лат. caedere - убивать) - губительное действие на бактерии. Бактериостатическое действие обнаруживается по его обратимости: после пересева бактерий в свежую питательную среду без препарата наблюдается рост бактерий. При бактерицидном действии пересев на свежую среду не дает роста. Тот или иной тип действия зависит от характера препарата и от дозы. Как правило, при малых дозах препарата наблюдается бактериостатическое действие, при больших - бактерицидное. Но есть исключения. Например, налидиксовая кислота в малых дозах повреждает ДНК и таким образом оказывает бактерицидное действие, а в больших дозах повреждает РНК, вызывает нарушение биосинтеза белка, что ведет к бактериостатическому действию. Большинство анти- биотиков обладает бактерицидной активностью. Преимущественно бактериостатическое действие оказывают тетрациклины, левомицетин, макролиды. По механизму действия различают следующие группы антибиотиков: 1) антибиотики, подавляющие синтез клеточной стенки бактерий: пенициллин, цефалоспорины, циклосерин. Пенициллин нарушает процесс образования полимерного соединения - пептидогликана, поэтому действует на молодые растущие клетки бактерий. Поскольку клетки человеческого организма не содержат пептидогликана, пеницилин не повреждает их; 2) антибиотики, нарушающие функции цитоплазматической мембраны: полимиксины, а также полиеновые противогрибковые антибиотики: нистатин, леворин, амфотерицин В. Полиеновые антибиотики адсорбируются на цитоплзматической мембране, взаимодействуют со стерольным компонентом, повышают проницаемость мембраны, что приводит к нарушению водно- солевого обмена клетки и к ее гибели. У бактерий и риккетсий в мембране нет стеролов, поэтому эти микроорганизмы нечувствительны к полиеновым антибиотикам; 3) антибиотики, ингибирующие синтез белка на рибосомах бактериальных клеток: аминогликозиды, тетрациклины, левомицетин, макролиды. Перечисленные антибиотики блокируют рибосомы бактериальной клетки и не оказывают действия на рибосомы клеток человека вследствие различий в структуре и молекулярной массе рибосом прокариотов и эукариотов. 4) антибиотики, ингибирующие РНК-полпмеразы - рифампицин, подавляющий синтез РНК на матрице ДНК; 5) антибиотики, вызывающие лизис клеточной стенки бактерий - лизоцим. Механизм действия многих химиотерапевтических препаратов связан с тем, что они являются антиметаболитами, то есть структурными аналогами важнейших метаболитов, участвующих в обмене веществ бактерий. Будучи сходными с метаболитом, они вытесняют его из обменного процесса, но не обеспечивают нормального его течения. Так, сульфаниламиды являются структурными аналогами парааминобензойной кислоты (ПАБК) - кофермента фолпевой кислоты. Норсульфазол - аналог тиамина (витамина В1). Противотуберкулезные препараты - гидразиды изоникотиновой кислоты (ГИНК) - аналоги изоникотиновой кислоты. Иной механизм действия производных нитрофурана, которые нарушают процесс биологического окисления микробов. Особенно высокой активностью обладают фторхинолоновые препараты, которые подавляют синтез ДНК микробов. Мишенями действия противовирусных препаратов являются какие-либо этапы репродукции вируса в клетке хозяина. Так, ремантадин повреждает процесс депротеинизации - "раздевания" вируса, а также биосинтез вирусного белка на рибосомах клетки. Ингибиторы проте-аз (е- аминокапроновая кислота) нарушает процесс расщепления белка вируса гриппа, препятствуя таким образом репликации вируса. Рибавирин (виразол), будучи структурным аналогом пуриновых оснований, нарушает репликацию вирусных нуклеиновых кислот. Азидоти-мидин подавляет процесс обратной транскрипции, присущий ретро-вирусам, к которым относится вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Побочные явления при антибиотикотерапии К настоящему времени получено несколько тысяч антибиотиков, но для лечения больных применяется только несколько десятков, так как многие антибиотики оказывают вредное воздействие на организм. И даже те, которые нашли практическое применение, не лишены неже- лательных реакций. Различают следующие виды побочных действий антибиотиков. 1) Прямое токсическое действие: стрептомицин оказывает токсическое действие на почки и на слуховой нерв; тетрациклин вызывает поражение печени, задержку развития костей и зубов; левомицетин подавляет процесс кроветворения, а также отрицательно влияет на внугриутробное развитие гшода. 2) Обострение течения болезни, повышение температуры, так называемая лихорадка Герца- Геймера, как следствие освобождения сразу большого количества эндотоксинов из разрушенных бактерий. 3) Аллергические реакции вызывают пенициллин, цефалоспори-ны, стрептомицин и др. У людей с повышенной чувствительностью к этим препаратам при их введении могут возникнуть такие явления, как сыпь, зуд, крапивница, в тяжелых случаях - анафилактический шок, который требует оказания немедленной медицинской помощи. Koнтактный дерматит может развиваться как профессиональная болезнь на предприятиях, изготовляющих антибиотики. 4) Дисбактериоз - нарушение состава нормальной микрофлоры организма. Возникает при лечении больного антибиотиками широкого спектра действия, которые подавляют рост не только возбудителей болезни, но и представителей нормальной микрофлоры организма. Следствием этого может быть гиповитаминоз. Кроме того, вследствие дисбактериоза могут развиваться вторичные инфекции, вызванные грибами или бактериями, размножение которых подавлялось микробами- антагонистами. Например, грибы рода Кандида, нечувствительные к антибактериальным препаратам, при гибели микробов-антагонистов начинают безудержно размножаться и вызывают вторичную инфекцию - кандидоз. Вторичные инфекции вызывают также бактерии, которые быстро приобретают устойчивость к антибиотикам, например, стафилококки. 5) Угнетение образования антител может наблюдаться по двум причинам. Во-первых, при лечении антибиотиками возбудитель гибнет в самом начале болезни, поэтому организм не формирует иммунный ответ. Это наблюдается, например, при лечении левомицетином больных брюшным тифом и при лечении пенициллином больных скарлатиной. Поэтому рекомендуется сочетать лечение антибиотиками со средствами, стимулирующими иммунитет. Во-вторых, некоторые антибиотики, в частности, левомицетин, угнетают биосинтез белка и, следовательно, образование антител. Лекарственная устойчивость микробов Под устойчивостью микробов к антибактериальному препарату понимают сохранение способности размножаться при таких концентрациях этого препарата, которые создаются при введении в организм терапевтических доз. Типы антибиотикоустойчивости: 1) природная, свойственная данному виду микробов; 2) приобретенная: а) первичная; б) вторичная. 1) Природная устойчивость обусловлена свойствами данного вида микробов и механизмом действия антибиотика Например, устойчивость грамотрицательных палочек к бензилпенициллину или грибов - к антибактериальным препаратам. 2) Приобретенная устойчивость. Устойчивость называют приобретенной в тех случаях, когда появляются варианты устойчивых микробов, принадлежащих к виду, по природе своей чувствительному к данному антибиотику. Например, появление стафилококков, устойчивых к пенициллину. Первичной называют устойчивость, которая обнаруживается с самого начала болезни, так как произошло заражение антибиотикоустойчивым возбудителем. Вторичная устойчивость развивается в течение болезни. Генетические механизмы антибиотикорезистентности: 1) хромосомная и 2) плазмидная. 1) Хромосомная антибиотикорезистентность. В популяции чувствительных бактерий появляются единичные клетки-мутанты, устойчивые к данному антибиотику, причем это происходит не под действием антибиотика Обычно мутанты в отсутствие антибиотика через какое- то время погибают. Если же популяция подвергается действию антибиотика, то чувствительные бактерии погибают, а устойчивые выживают и дают начало резистентной популяции, то есть происходит селекция. 2) Плазмидная антибиотикорезистентность связана с R-плазмидами. Это обычно множественная устойчивость, сразу к нескольким антибиотикам. R-плазмиды могут передаваться бактериям тогЪ же вида или другого вида или даже рода. Например, дизентерийные бактерии могут стать устойчивыми к нескольким антибиотикам, получив R-плазмиду от дизентерийных или от кишечных палочек путем рекомбинации. Фенотипические проявления антибиотикорезистентности. Устойчивость бактерий к антибиотикам реализуется за счет следующих механизмов: 1) образование специфических ферментов, разрушающих данный антибиотик. Так фермент р-лактамаза разрушает р-лактамное кольцо пенициллинов и цефалоспоринов. Этот фермент продуцируют стафилококки с приобретенной резистентностью к пенициллину. Устойчивость к левомицетину и аминогликозидам связана с продукцией ферментов трансфераз; 2) снижение проницаемости клеточной стенки для данного антибиотика, например, для тетрациклина, или нарушение транспортного механизма цитоплазмагической мембраны; 3) формирование обходного пути метаболизма взамен поврежденного антибиотиком; 4) изменение структуры мишени действия антибиотика; 5) превращение бактерий в L-формы, лишенные клеточной стенки, но способные к реверсии, то есть к обратному превращению в обычные формы. Устойчивость микробов к антибиотикам в клинике имеет важное значение, так как снижает эффективность лечения. Само по себе возникновение хромосомных мутаций и R-плазмид не связано с открытием антибиотиков и внедрением их в практику. Но антибиотики играют роль фактора отбора устойчивых микробов. Поэтому бесконтрольное, неоправданное, без соответствующих показаний, применение антибиотиков способствует массовой селекции и распространению антибиотикорезистентных бактерий. Кроме того, этому способствует применение антибиотиков в животноводстве и птицеводстве с целью ускорения роста животных и птиц. Преодоление и предупреждение развития лекарственной устойчивости. Для ограничения распространения лекарственноустойчивых бактерий и повышения эффективности лечения применяются следующие меры: - получение новых антибиотиков с иным механизмом действия; - лечение больных с учетом чувствительности возбудителей к антибиотикам; - применение для лечения сочетания антибиотиков с разным механизмом действия; - применение антибиотиков только при наличии соотвествующих показаний; - использование в животноводстве и птицеводстве только таких антибиотиков, которые в медицине не применяются; - для подавления действия продуцируемых бактериями ферментов, разрушающих антибиотики, используются ингибиторы ферментов. Так, клавулановая кислота и клавуланаты, а также сульбактам ингибируют фермент р-лактамазу. Рекомендуется применять ингибиторы вместе с антибиотиком против возбудителя, устойчивого к антибиотику. Например, амоксициллин + клавуланат (препарат аугментин), ампициллин + сульбактам (уназин). Определение чувствительности микробов к антибиотикам Существует несколько методов: метод серийных разведении, метод стандартных дисков, ускоренные методы. При этом материал от больного должен быть взят до начала лечения антибиотиками. Метод стандартных дисков (метод диффузии в агар) - наиболее простой и широко применяемый. Это качественный метод, позволяющий определить, к каким антибиотикам чувствителен микроб, выделенный от больного. Испытуемую культуру засевают сплошным газоном на чашку с питательным агаром. Затем на поверхность агара помещают бумажные диски, пропитанные антибиотиками. После суточного ин-кубирования в термостате измеряют диаметр зон задержки роста вокруг каждого диска и по таблице проводят оценку результата. Определение проводят с чистыми культурами бактерий. Однако в некоторых случаях для быстрого получения ориентировочных результатов используют непосредственно патологический материал. Метод серийных разведении является более точным, количественным, так как позволяет определить не только антибиотики, к которым чувствителен микроб, но и минимальную подавляющую концентрацию (МПК) антибиотика. Для проведения исследования необходима чистая культура испытуемого микроба. Метод серийных разведении в жидкой питательной среде. В ряду пробирок с жидкой питательной средой готовят последовательные разведения антибиотика. Контролем служит пробирка с питательной средой без антибиотика. Затем в каждую пробирку засевают определенное количество испытуемых микробов. После суточного инкубирования в термостате учитывают результат: отмечают последнюю пробирку с полной задержкой роста. Концентрация антибиотика в этой пробирке является МПК. Метод серийных разведении на плотной питательной среде. В пробирках с расплавленной агаровой питательной средой готовят последовательные разведения антибиотика, затем выливают в чашки. После застывания агара производят посев испытуемых микробов (по од- ной петле из разведения 10 7 микробных тел в 1 мл). На каждую чашку можно засеять до 20 культур. Контролем служит чашка с питательной средой без антибиотика. После суточного инкубирования в термостате учитывают результат по последней чашке с задержкой роста. |