Антибиотики как работают

Нелегко быть бактерией, или почему антибиотики перестают действовать

Антибиотики как работают

Далеко не каждый человек в современном мире заботится о своем здоровье, полагаясь на таблетки, развитие медицины, молодость или на авось. Однако даже самое прогрессивное лекарство может не помочь, если болезнь эволюционирует с огромной скоростью.

Так происходит с заболеваниями, вызванными патогенными бактериями, на которые перестают действовать антибиотики. Из-за бездумного использования таких препаратов инфекционные болезни становится все тяжелее лечить.

О том, как работают антибиотики, почему важно использовать их с осторожностью и почему бактерии все быстрее приобретают устойчивость к ним, — в нашем материале.

История одной стойкой бактерии

Всем известно, как британский бактериолог Александр Флеминг в 1928 году открыл пенициллин и как этот антибиотик спас миллионы людей от инфекций в ходе Второй Мировой войны.

В 1938 году пенициллин удалось выделить в чистом виде, но уже в 1947 году, через четыре года после начала массовых продаж лекарства, бактерия золотистого стафилококка приобрела устойчивость к нему. Антибиотик был заменен на другой, метициллин, но в 1961 году золотистый стафилококк мутировал и по отношению к нему.

Штамм бактерии стал причиной 37% смертей от сепсиса (общее заражение организма микробами, попавшими в кровь) в Великобритании в 1999 году, в то время как в 1991 году эта цифра равнялась 4%.

Сегодня половина всех инфекций, вызываемых золотистым стафилококком в США, устойчива к пенициллину, метициллину, тетрациклину и эритромицину. Поэтому единственным эффективным препаратом стал ванкомицин.

Однако устойчивые к нему штаммы бактерии стали появляться уже в 90-х годах. Первый официальный случай инфекции, устойчивой к ванкомицину, был задокументирован в США в 2002 году.

В 2011 году появился вариант ванкомицина, который пока еще может убивать золотистого стафилококка.

Это лишь один пример того, как бактерия сопротивляется лекарствам в результате эволюции на протяжении десятков лет. Из-за того, что постоянно появляются новые и новые штаммы устойчивых к медикаментам бактерий, в мире существует огромное разнообразие антибиотиков, со списком которых можно ознакомиться на «Википедии».

Источник: depositphotos.com

Почему так происходит: эволюция бактерий

Способность бактерий приобретать устойчивость к антибиотикам — это потрясающий образец эволюции в деле, позволяющей бактерии выжить во внешней агрессивной среде. Устойчивость приобретается благодаря случайным мутациям, естественному отбору, а также из-за горизонтального обмена генами.

Последнее во многом способствует быстрому распространению бактерий, так как позволяет им обмениваться генами между собой.

При этом трансфер возможен и между клетками (все бактерии — одноклеточные) двух разных видов. Клетки передают гены через специальный «генетический мост».

Считается, что на ранних стадиях развития жизни этот процесс сыграл важнейшую роль. Посмотреть анимацию трансфера можно здесь.

Ученые Гарвардской медицинской школы засняли сам процесс эволюции бактерий и их сопротивления антибиотикам. Для этого они построили огромную чашку Петри и разделили пространство в ней на девять равных долей специальными перегородками с отверстиями.

В чашку они налили специальный питательный раствор для роста бактерии Escherichia coli и запустили бактерию в боковые «загоны». При этом каждое следующее отделение чашки по направлению от краев к центральной секции содержало дозу антибиотиков, в десять раз большую, чем в предыдущем.

На видео видно, как Escherichia coli с помощью случайных мутаций и горизонтального обмена генами рушит все барьеры и достигает секции с тысячекратной дозой антибиотика почти за две недели.

Этот визуальный эксперимент наглядно показывает, что мутации развиваются лишь у маленького количества бактерий. Однако затем эти организмы быстро размножаются и передают свои гены следующим поколениям.

При этом «инициаторами» дальнейшего развития и приобретения устойчивости к антибиотикам в большей степени становятся менее устойчивые бактерии. Кроме того, мутации замедляют размножение.

Таким образом, в какой-то момент организмы просто не успевают мутировать и сразу же размножиться в новой агрессивной среде до того, как она их уничтожит. Именно тогда «прохождение» бактерии через барьеры антибиотиков заканчивается.

Недавнее исследование ученых из Гетеборгского университета показало, что, возможно, гены устойчивых к антибиотикам бактерий могут передаваться даже через загрязненный воздух в больших городах. Правда, пока бактериологи не поняли, были ли «живы» эти гены или же это был бесполезный органический мусор в воздухе.

Почему так происходит: люди используют слишком много антибиотиков

Виноваты ли люди в том, что естественная эволюция бактерий происходит все быстрее и убивать их становится все тяжелее? Еще как! Антропогенные причины перечислены в журнале Pharmacy and Therapeutics.

В основном все они сводятся к тому, что человечество использует слишком много антибиотиков, — это приводит к увеличению их концентрации в пище, воде, воздухе, почве.

В результате бактерии быстрее и проще адаптируются к антибиотикам еще вне человеческого организма.

Источник: livejournal.com

Примерно от 30% до 50% врачебных назначений антибиотиков пациентам ошибочны, показывают исследования. То есть больные лечатся не теми лекарствами, которые могут ликвидировать патогенную бактерию.

Иногда лечение антибиотиками вообще не требуется, но пациенты продолжают их принимать.

Кроме того, в аптеках продажи некоторых антибиотиков никак не ограничены, и мало сведущий в медицине человек стремится лечиться этими препаратами даже от легкой простуды или несварения.

Сегодня очень популярны различные антибактериальные гигиенические средства. Их чрезмерное использование не только не полезно, но также может существенно навредить организму.

Мало того, что эти средства убивают и полезные бактерии на нашей коже, которые предохраняют от тех же инфекций, так они еще и разрушают естественную иммунную систему человека, ведь ей больше не нужно бороться с бактериями собственными силами.

Таким образом, человек становится более беззащитным перед серьезными инфекционными болезнями.

В сельском хозяйстве антибиотики используются для ускорения роста животных и прибавки в весе. В США около 80% проданных антибиотиков применяются именно в фермерских хозяйствах. Кроме того, некоторые виды этих препаратов распыляются на растения в качестве пестицидов. Это приводит к тому, что антибиотики попадают в почвы и подземные воды. В результате наносится вред и экологии в целом.

Екатерина Умнякова

Это действительно так опасно? А как же современная медицина?

К таким естественным соединениям, которые и исследует Екатерина, относят антимикробные пептиды — белковые структуры внутри различных организмов, в том числе и внутри человеческого.

Пептиды действуют почти так же, как и антибиотики: поражают одну из «мишеней» в бактерии, в частности, ее оболочку, в результате чего клетка как бы «вытекает» и умирает. По всему миру также широко исследуются бактериофаги.

Это вирусы, которые избирательно поражают бактериальные клетки, чаще всего размножаясь внутри них и в некотором смысле растворяя их. Из ресурсов одной клетки может появиться больше 200 новых бактериофагов.

В некоторых странах использование бактериофагов в медицине запрещено, потому что еще не до конца понятно, как эти организмы могут повлиять на работу полезных человеку бактерий и других клеток.

Сегодня ученые применяют все доступные средства для моделирования и синтеза новых лекарств от бактериальных болезней.

Например, ученые в Оклахомском университете использовали компьютерный анализ различных вариаций взаимодействия антибиотика с бактерией, чтобы ускорить клинические испытания.

Однако естественная эволюция бактерий, ускоряемая использованием чрезмерного количества антибиотиков человеком, никогда не остановится, и за ней трудно угнаться.

Plague Inc. Источник: androidpluspc.com

Что же делать?

В октябре 2016 года Всемирная организация здравоохранения опубликовала список рекомендаций, которые нужно соблюдать человечеству, чтобы снизить риски устойчивости бактерий к лекарствам.

Авторы подчеркнули, что это — одна из важнейших проблем современных систем здравоохранения по всему миру, так как опасные инфекционные заболевания типа пневмонии, туберкулеза и других становится лечить намного сложнее.

Кроме того, из-за этого увеличиваются сроки госпитализации заболевших, что ведет, помимо прочего, к экономическим потерям. Поэтому человечеству необходимо изменить способы использования антибиотиков, а также развивать профилактические меры от инфекционных болезней.

Так, человек должен принимать антибиотики только по назначению врача. Сами работники медицинских организаций должны как можно более полно и точно информировать пациентов о том, почему нельзя бездумно принимать эти препараты, а также назначать их только в случае очевидной необходимости.

Производителям сельскохозяйственной продукции следует отказаться от использования антибиотиков в качестве стимулятора роста животных и растений и использовать их только для лечения первых. Власти должны поощрять такую деятельность законодательно, а также вести соответствующую пропаганду.

Во второй своей части эти рекомендации могут показаться наивными. Откажется ли владелец фермы от выгоды ради экологии? Едва ли, если это не будет финансово поощряться.

Однако каждый из нас может изменить ситуацию и хотя бы не вредить себе, принимая антибиотики с регулярностью потребления кофе.

Но для этого придется начать следить за здоровьем: спать хотя бы шесть часов в сутки, полноценно и правильно питаться, заниматься спортом и разминаться в офисе. Сможем ли?

Источник: http://news.ifmo.ru/ru/news/6240/

Что с нами будет, если антибиотики перестанут работать

370 миллионов упаковок антибиотиков продаются  в России каждый год, это второй по популярности тип лекарств

Читайте также:  Антибиотики при фурункулах в паху

Сегодня устойчивость бактерий к антибиотикам, о которой предупреждал Флеминг, — это одна из главных проблем в медицине и в мире. С изобретением пенициллина человечество вступило в гонку: мы пытаемся обогнать эволюцию, открывая всё новые антибиотики, пока бактерии приспосабливаются к старым.

Антибиотик тетрациклин появился в 1950 году, первые бактерии с устойчивостью к нему — в 1959-м. Метициллин — в 1960 году, устойчивые к нему бактерии — в 1962-м. Ванкомицин — в 1972 году, а устойчивые бактерии — в 1988-м.

Даптомицин появился в 2003-м, первые признаки устойчивости к нему — уже в 2004-м, и так далее. Дело в том, что бактерии размножаются и развиваются очень быстро. Новое поколение бактерий появляется каждые 20 минут, поэтому микроорганизмы так быстро эволюционируют и адаптируются под внешние угрозы.

Более того, чем чаще мы используем тот или иной антибиотик, тем больше шансов мы даём бактериям развить к ним устойчивость.

Об устойчивости к антибиотикам говорят давно. Cерьёзная паника охватила научное сообщество десять лет назад с распространением стафилококка, резистентного к метициллину. Первые такие бактерии появились в 60-е годы, но тогда их была лишь малая доля.

Постепенно MRSA (так называют эту бактерию, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus) стали распространяться. В 1974 году 2 % заражённых стафилококком в США были резистентны к метициллину, в 1995-м — 22 %, в 2007-м — уже 63 %.

Сейчас каждый год в Америке 19 тысяч человек умирают от MRSA.

Теперь устойчивость к антибиотикам начинает принимать поистине апокалиптические масштабы. Мы используем их всё так же много — и почти перестали открывать новые.

Разработка нового антибиотика стоит около 1 миллиона доларов, и фармацевтические компании перестали этим заниматься — невыгодно. Новых типов антибиотиков не появляется, мы используем старые, и устойчивость к ним растёт.

Более того, стали появляться так называемые панрезистентные микроорганизмы, устойчивые к нескольким типам антибиотиков, а иногда и ко всем.

В 2009 году один из пациентов в больнице Святого Винсента в Нью-Йорке заразился после операции инфекцией, вызванной бактерией Klebsiella pneumoniae. Бактерия была устойчива ко всем антибиотикам. Он умер через 14 дней после заражения.

Британское правительство запустило проект по прогнозированию устойчивости к антибиотикам: учёные считают, что если ситуация будет развиваться так же, как и сегодня, то к 2050 году 10 миллионов человек в год будут умирать из-за устойчивых бактерий.

Самое печальное, что человечество виновато в этом само. Мы обращались с антибиотиками крайне неаккуратно. Большинство людей не понимают, как работает устойчивость к антибиотикам и как они должны быть использованы. Мы постоянно лечимся ими, когда это совсем не нужно.

Немало стран, где антибиотики до сих пор можно купить в аптеке без рецепта. Даже в России, где официально их продают только по рецепту, можно свободно купить многие из 30 видов антибиотиков, доступных на рынке. В США 50 % антибиотиков в больницах прописывают без необходимости.

45 % врачей в Великобритании прописывают антибиотики, даже когда знают, что те не сработают. И наконец, животные: 80 % антибиотиков, продаваемых в США, используют не на людях, а на животных, чтобы ускорить их рост, сделать их толще и защитить от болезней.

В итоге бактерии с устойчивостью к этим антибиотикам распространяются на людей через мясо животных.

Одна из последних новостей об устойчивости к антибиотикам как раз связана с препаратами, используемыми на животных и растениях. В Китае обнаружили бактерии с устойчивостью к группе полимиксинов, а конкретно — к антибиотику колистину.

В лечении колистин используют как препарат «последнего шанса», то есть им лечат пациента, когда никакие другие препараты уже не действуют.

Но устойчивость в Китае была обнаружена при других обстоятельствах: они использовали колистин на свиньях.

Источник: https://www.wonderzine.com/wonderzine/health/wellness/221039-antibiotics

Как работают антбиотики

Подробности

Теперь немного о самих антибиотиках.

При разработке лечебного препарата, направленного на разрушение бактерий, необходимо найти такую структуру (белок, фермент) в бактерии, чтобы не было аналогичной в человеческом организме.

Например, клеточная оболочка некоторых бактерий не имеет ничего общего с клетками любых млекопитающих. Следовательно, необходимо разрушить эту оболочку, не нанеся вреда человеку. Так, кстати, действует знаменитый пенициллин.

Антибиотики, по своей сути, это вещества, выработанные одними микроорганизмами для уничтожения других микроорганизмов. Некоторые бактерии (актиномицеты), грибы (пенициллиум, цефалоспориум) вырабатывают антибиотики, такие, например, как тетрациклин, стрептомицин, пенициллин, стрептомицин.

Исследователи пытаются улучшить качество антибиотиков, сделав их менее опасными для человека, более эффективными. Так получаются производные от пенициллина – оксациллин и ампициллин, от тетрациклина — метациклин и доксициклин.

В этом случае речь идет о синтетических антибиотиках в отличие от естественных.

Антимикробные средства могут, вообще, быть созданы искусственно, в лабораторных условиях. Так было, когда изобрели сульфаниламиды (стрептоцид, бисептол) или фторхинолоны (офлоксацин, норфлоксацин). И это уже не антибиотики вовсе. Их следует различать.

Свойства антибиотиков

Все антибиотики обладают совершенно уникальными свойствами. Пенициллин, например, губителен для гонококков, стрептококков, но безопасен для дизентерийной и кишечной палочки. Полимиксин же, напротив, безвреден для кокков, но уничтожает палочки.

Есть такие антибиотики, которые действуют и на те, и на другие — это, так называемые, антибиотики широкого спектра действия. К ним относятся, например, левомицетин и ампициллин. Казалось бы, антибиотики широкого спектра действия более эффективны, даже когда возбудитель точно не определен, но они могут поразить микрофлору, которая организму необходима.

А потому антибиотики узкого спектра действия предпочтительней, но только в ситуации, когда возбудитель точно определен.

Механизм действия антибиотиков также различается. Одни разрушают бактерии полностью, быстро и в больших количествах. Они относятся к бактерицидным антибиотикам. В качества примера можно привести ампициллин, гентамицин, пенициллин. Другие антибиотики подавляют размножение микроорганизмов.

В таком случае количество бактерий уменьшается по мере естественного отмирания, а также под воздействием иммунной системы человека. Это действие, так называемых, бактериостатических антибиотиков, например тетрациклина и эритромицина.

В такой ситуации особенно важно не прекращать прием препарата преждевременно, так как эффект наступает позже, чем в случае с бактерицидными антибиотиками.

  • Уберите из аптечки антимикробные препараты. Принимайте их только в отдельном конкретном случае.
  • Принимайте антибиотики строго по предписанию врача.
  • При гриппе антибиотики не принимают.
  • Не все кишечные инфекции лечатся антибиотиками. Необходимо точно определить возбудителя.
  • Желательно один и тот же антибиотик применять не чаще, чем через 6 месяцев.
  • Даже если с кем-то вам поставили один и тот же диагноз, нельзя использовать антибиотик, назначенный другому. Здесь важен индивидуальный подход в лечении.
  • Необходимо строго соблюдать сроки применения препарата.
  • Следите за сроком действия препарата. Просроченные антибиотики могут быть не только бесполезны, но и токсичны.
  • Если улучшения состояния не наступает на 2-й — 3-й день приема лекарства (не снижается температура, не уходят симптомы заболевания), необходимо обратиться к врачу. Скорей всего, антибиотик придется заменить.
  • Если же лечиться все же придется, необходимо соблюдать некоторые правила.

  • Если Вы беременны или кормите ребенка грудью, противомикробная терапия может быть не показана. Сообщите врачу об этих обстоятельствах.
  • Проинформируйте также врача о препаратах, которые вы постоянно или периодически вынуждены принимать. Не со всеми препаратами антибиотики могут сочетаться.
  • Расскажите врачу о своих аллергических реакциях, если таковые имеют место. Необходимо также сообщить врачу о своих хронических заболеваниях.
Читайте также:  Антибиотики при уреаплазмозе

Отличаются антибиотики и по свойствам накапливаться в том или ином органе человека. Эти особенности учитываются при назначении врачом препарата пациенту в зависимости от локализации очага поражения. Ампициллин применяется при лечении отита, так как он лучше других проникает в полость среднего уха, а линкомицин легко накапливается в костях, поэтому его назначают при лечении остеомиелита.

Почему антибиотики не так эффективны сегодня?

К большому сожалению, в настоящее время антибиотики утратили свою былую эффективность. Если в первой половине ХХ века назначенные дозы антибиотика составляли несколько тысяч единиц, то сейчас они достигают нескольких миллионов. Отсюда — многочисленные аллергии, побочные действия, осложнения. И ситуация усугубляется.

Почему же так происходит? Виноват во всем сам человек, а именно, нерациональное использование средств борьбы с инфекционными заболеваниями привело к столь плачевному результату. Бактерии имеют свойство адаптации к антибиотикам.

Со временем они становятся более устойчивыми (резистентными) к разрушительным действиям противомикробных препаратов, и требуется либо увеличивать дозы, либо искать новый антибиотик. Эффективность лечения снижается даже у людей, ранее не принимавших антибиотики. Бактерии мутируют повсеместно и одновременно. Причин много.

Это и самолечение, то есть бесконтрольный прием доступных антибиотиков в любых необоснованных ситуациях. Это и не прохождение курса лечения полностью, когда при наступлении частичного облегчения, пациент прекращает прием антибиотика. В таком случае оставшиеся «выжившие» бактерии адаптируются и мутируют при размножении.

Важно при лечении правильно определить возбудителя, а, следовательно, назначить адекватное средство для лечения. А это может сделать только квалифицированный врач. И назначения эти необходимо строго соблюдать, и сроки приема, в том числе.

Антибиотики и вирусные заболевания

Большой ошибкой является лечить вирусные заболевания (грипп, в том числе) при помощи антибиотиков. К вирусным заболеваниям относятся грипп, оспа, корь, полиомиелит, гепатит и некоторые другие. Возбудителем этих заболеваний являются вирусы. Мы знаем, что бактерии — это, хоть и примитивные, но настоящие клетки, одноклеточные организмы.

Вирусы, в отличие от бактерий, не имеют клеточного строения, это самая примитивная форма жизни. Строение вируса представляет собой либо молекулу ДНК, либо молекулу РНК, окруженную молекулами белка. Механизм лечения вирусных заболеваний совершенно другой, их лечат иммуноглобулиновыми, интерфероновыми и другими противовирусными препаратами.

Итак, нельзя не признать, что антибиотикам человечество обязано многими спасенными жизнями, но между человеком, которому необходима помощь и препаратом, который эту помощь может принести, непременно должен быть врач.

Источник: http://nezna.li/113-biologiya/18136-kak-rabotayut-antbiotiki

Изобретение антибиотиков

Антибиотики — это химические вещества, которые могут препятствовать росту и содействовать уничтожению вредных микроорганизмов. Они получены из специальных микроорганизмов или других живых систем и производятся в промышленном масштабе с использованием процесса ферментации.

Хотя принципы антибиотического действия не были обнаружены до двадцатого века, первое известное использование антибиотиков было в Китае более 2500 лет назад. Сегодня было зарегистрировано более 10 000 антибиотиков. В настоящее время антибиотики представляют собой многомиллиардную индустрию, которая продолжает расти каждый год.

Антибиотики используются во многих формах, каждая из которых предъявляет несколько разных производственных требований. Для бактериальных инфекций на поверхности кожи, глазу или ухе антибиотик можно наносить в виде мази или крема. Если инфекция является внутренней, антибиотик можно проглатывать или вводить непосредственно в организм.

В этих случаях антибиотик распространяется по всему организму и доставляется путем абсорбции в кровоток.

Антибиотики отличаются химическими свойствами, поэтому верно говорить, что они также различаются по типам инфекций, которые они вылечивают, и способам их лечения. Некоторые антибиотики уничтожают бактерии, влияя на структуру их клеток.

Это может произойти одним из двух способов. Во-первых, антибиотик может ослабить клеточные стенки инфекционных бактерий, что приводит к их разрыву. Во-вторых, антибиотики могут вызывать накопление бактериальных клеток, повреждая клеточные мембраны. Другой способ, с помощью которого действуют антибиотики, — это вмешательство в метаболизм бактерий.

Некоторые антибиотики, такие как тетрациклин и эритромицин, препятствуют синтезу белка. Антибиотики, такие как рифампин, ингибируют биосинтез нуклеиновой кислоты. Другие антибиотики, такие как сульфонамид или триметоприм, оказывают общее блокирующее действие на клеточный метаболизм.

Коммерческое развитие антибиотика — это долгое и дорогостоящее предприятие. Процесс начинается с фундаментальных исследований, направленных на выявление организмов, которые производят антибиотические соединения. На этом этапе тысячи видов подвергаются скринингу на любые признаки антибактериального действия.

Когда признак обнаружен, этот биологический вид будет протестирован против множества известных инфекционных бактерий. Если результаты являются многообещающими, организм выращивается в больших масштабах, поэтому можно выделить соединение, ответственное за антибиотический эффект. Это сложная процедура, потому что тысячи антибиотиков уже обнаружены.

Часто ученые понимают, что их новые антибиотики не уникальны. Если материал пройдет этот этап, можно провести дальнейшие испытания. Обычно это связано с клиническим тестированием, чтобы доказать, что антибиотик работает у животных и людей и не вреден.

Если эти тесты пройдут, Администрация по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) должна затем утвердить антибиотик в качестве нового препарата. Весь этот процесс может занять много лет.Крупномасштабное производство антибиотика зависит от процесса ферментации. Во время ферментации вырабатываются большие количества продуцирующего антибиотик организма.

Во время ферментации организмы продуцируют антибиотический материал, который затем может быть выделен для использования в качестве лекарственного средства. Для того чтобы новый антибиотик был экономически целесообразным, производители должны иметь возможность получать высокий выход лекарственного средства из процесса ферментации и быть в состоянии легко изолировать его.

Обширные исследования обычно требуются до того, как новый антибиотик может быть коммерчески расширен.Хотя наши научные знания о антибиотиках только недавно были основаны, практическое применение антибиотиков существует на протяжении веков. Первое известное использование было китайцами около 2500 лет назад.

Уже тогда они обнаружили, что применение плесневого творога сои к инфекциям имеет определенные терапевтические преимущества. Это было настолько эффективно, что стало стандартным лечением. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что в других культурах тоже используются вещества антибиотического типа в качестве терапевтических агентов.

Суданско-нубийская цивилизация использовала тип тетрациклинового антибиотика уже в 350 г.н.д. В Европе в средние века в борьбе с инфекцией применялись сырые растительные экстракты и творожные сыворотки. Хотя эти культуры использовали антибиотики, общие принципы антибиотического действия не были поняты до двадцатого века.

Развитие современных антибиотиков зависело от нескольких ключевых людей, которые продемонстрировали миру, что материалы, полученные из микроорганизмов, могут быть использованы для лечения инфекционных заболеваний. Одним из первых пионеров в этой области был Луи Пастер.

В 1877 году он и его коллега обнаружили, что рост болезнетворных бактерий сибирской язвы может быть ингибирован сапрофитными бактериями. Они показали, что большое количество культур сибирской язвы можно назначать животным без каких-либо побочных эффектов, если даны сапрофитные бациллы.

В течение следующих нескольких лет другие наблюдения подтверждают тот факт, что некоторые материалы, полученные из бактерий, могут предотвратить рост болезнетворных бактерий.
В 1928 году Александр Флеминг внес один из самых важных вкладов в область антибиотиков. В эксперименте он обнаружил, что штамм зеленой пенициллиновой формы ингибировал рост бактерий на пластине агара.

Это привело к разработке первого антибиотика современной эпохи, пенициллина. Несколько лет спустя в 1932 году была опубликована статья, в которой предлагается метод лечения инфицированных ран с использованием препарата пенициллина. Хотя эти ранние образцы пенициллина были функциональными, они не были надежными и были необходимы дальнейшие уточнения.

Эти улучшения появились в начале 1940-х годов, когда Говард Флори и его коллеги обнаружили новый штамм Penicillium, который обеспечивал высокие урожаи пенициллина. Это позволило широкомасштабное производство пенициллина, который помог запустить современную антибиотическую промышленность.После обнаружения пенициллина искали другие антибиотики.

В 1939 году началась работа по выделению потенциальных антибиотических продуктов из почвенных бактерий streptomyces. Примерно в это же время был введен термин «антибиотик». Селман Ваксман и его коллеги обнаружили стрептомицин в 1944 году.

Читайте также:  Антибиотики при аденоидах

Последующие исследования привели к обнаружению множества новых, разных антибиотиков, включая актиномицин, стрептотрицин и неомицин, все продуцируемые Streptomyces. Другие антибиотики, которые были обнаружены с тех пор, включают бацитрацин, полимиксин, виомицин, хлорамфеникол и тетрациклины.

С 1970-х годов большинство новых антибиотиков были синтетическими модификациями естественных антибиотиков.

Соединения, которые делают ферментационный бульон, являются основным сырьем, необходимым для производства антибиотиков. Этот бульон представляет собой водный раствор, состоящий из всех ингредиентов, необходимых для размножения микроорганизмов. Как правило, он содержит источник углерода, такой как меласса или соевая мука, оба из которых состоят из сахара лактозы и глюкозы. Эти материалы необходимы в качестве источника пищи для организмов. Азот — еще одно необходимое соединение в метаболических циклах организмов. По этой причине обычно используют аммиачную соль. Кроме того, включены микроэлементы, необходимые для правильного роста организмов, продуцирующих антибиотики. Это такие компоненты, как фосфор, сера, магний, цинк, железо и медь, введенные через водорастворимые соли. Для предотвращения вспенивания во время ферментации используют антипенные средства, такие как сало, октадеканол и силиконы.

Как производится антибиотик?

Хотя большинство антибиотиков зарождается в природе, они обычно не доступны в количествах, необходимых для крупномасштабного производства.По этой причине был разработан процесс ферментации. Он включает выделение желаемого микроорганизма, заправляющий рост культуры и рафинирование с последующим выделением конечного антибиотического продукта.

Важно, чтобы стерильные условия сохранялись на протяжении всего производственного процесса, поскольку загрязнение инородными микробами разрушает ферментацию.Прежде чем начать ферментацию, желаемый организм, продуцирующий антибиотик, должен быть изолирован и его количество должно быть увеличено во много раз.

Для этого в лаборатории создается стартовая культура из образца ранее изолированных, охлажденных организмов. Для выращивания исходной культуры образец организма переносят на агарсодержащую пластину.

Первоначальную культуру затем помещают в сосуды для встряхивания вместе с пищей и другими питательными веществами, необходимыми для роста.

Это создает суспензию, которая может быть перенесена в семенные емкости для дальнейшего роста.

Сеялки — это стальные резервуары, предназначенные для создания идеальной среды для выращивания микроорганизмов. Они наполнены всеми вещами, необходимыми для того, чтобы выжил и начал процветать конкретный микроорганизм, включая теплую воду и углеводные продукты, такие как лактоза или сахара глюкозы. 

Кроме того, они содержат другие необходимые источники углерода, такие как уксусная кислота, спирты или углеводороды, а также источники азота, такие как соли аммиака. Факторы роста, такие как витамины, аминокислоты и незначительные питательные вещества, дополняют состав содержимого семенного резервуара. 

Семенные резервуары оснащены мешалками, которые поддерживают перемещение среды роста, и насос для доставки стерилизованного, отфильтрованного воздуха. Примерно через 24-28 часов материал в семенных резервуарах переносится в первичные ферментационные резервуары.

Ферментация

Бак для брожения по существу представляет собой более крупную версию стального, семенного резервуара, способного удерживать около 30 000 галлонов ферментационного бульона. Он заполнен теми же средствами роста.

Получение антибиотика

Бак для брожения обеспечивает благоприятную среду для роста. Здесь микроорганизмы могут расти и размножаться. Во время этого процесса они выделяют большие количества желаемого антибиотика.

Баки охлаждаются для поддержания температуры между 73-81 ° F (23-27,2 ° C).

Ферментационный бульон постоянно перемешивается, и в него закачивается непрерывный поток стерилизованного воздуха. По этой причине периодически добавляются антипенные агенты.

Поскольку регулирование рН жизненно важно для оптимального роста, кислоты добавляют в резервуар по мере необходимости.

Через три-пять дней максимальное количество антибиотика будет произведено, и может начаться процесс изоляции. В зависимости от конкретного произведенного антибиотика ферментационный бульон обрабатывается различными способами очистки. Например, для антибиотических соединений, которые являются водорастворимыми, можно использовать ионообменный метод.

В этом способе соединение сначала отделяют от отходов органических материалов в бульоне, а затем направляют через оборудование, которое отделяет другие водорастворимые соединения от желаемого.Для выделения маслорастворимого антибиотика, такого как пенициллин, используется способ экстракции растворителем.

В этом способе бульон обрабатывают органическими растворителями, такими как бутилацетат или метилизобутилкетон, который может специфически растворять антибиотик. Затем растворенный антибиотик извлекают с использованием различных органических химических средств.

В конце этого этапа изготовитель обычно остается с очищенной порошкообразной формой антибиотика, которая может быть дополнительно очищена для различных типов продуктов.Антибиотики могут принимать различные формы.

Их можно продавать в виде растворов для внутривенных введений, в форме капсул или гелей, или они могут продаваться в виде порошков, которые включены в накожные мази. В зависимости от конечной формы антибиотика различные стадии рафинирования могут быть предприняты после первоначальной изоляции.

Для внутривенных использований кристаллический антибиотик может быть растворен в растворе, помещен в контейнер, который затем герметично закрывается. Для гелевых капсул порошкообразный антибиотик физически заполняется в нижнюю половину капсулы, затем верхняя половина будет механически вставлена на место.

При использовании накожно антибиотик смешивают с мазью.С этого момента антибиотик транспортируется на конечные упаковочные станции. Здесь он складывается и помещается в коробки. Они загружаются на грузовики и транспортируются к различным дистрибьюторам, в больницы и аптеки.

Весь процесс ферментации, восстановления и обработки может занять от 5 до 8 дней.

Контроль качества имеет первостепенное значение для производства антибиотиков. Поскольку это связано с процессом ферментации, необходимо предпринять шаги для обеспечения того, чтобы в любой момент во время производства не вводилось абсолютно никакого загрязнения.

С этой целью среда и все технологическое оборудование полностью стерилизуются паром. Во время производства качество всех соединений проверяется на регулярной основе. Особое значение имеют частые проверки состояния культуры микроорганизмов во время ферментации. Они выполняются с использованием различных методов хроматографии. Также проверяются различные физические и химические свойства готового продукта, такие как pH, температура культуры и содержание влаги.

В Соединенных Штатах производство антибиотиков регулируется Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA). В зависимости от применения и типа антибиотика необходимо провести определенное тестирование.

Например, FDA требует, чтобы для определенных антибиотиков каждая партия была проверена ими на эффективность и чистоту. Только после того, как они сертифицировали пакет, он может быть продан для общего потребления.

Будущее антибиотиков

Поскольку разработка нового препарата является дорогостоящим процессом, фармацевтические компании провели очень мало исследований за последнее десятилетие. Однако тревожное развитие патогенных организмов вызвало оживленный интерес к разработке новых антибиотиков.

Оказывается, что некоторые из вызывающих заболевание бактерий мутировали и развили устойчивость ко многим стандартным антибиотикам.

Это может иметь серьезные последствия для общественного здравоохранения в мире, если не будут обнаружены новые антибиотики или не будут сделаны улучшения в тех, которые доступны.

Эта сложная проблема будет в центре внимания исследований на многие годы вперед.

Источник: http://health-ambulance.ru/311-izobretenie-antibiotikov.html

Ссылка на основную публикацию