Реферат:
Медична біотехнологія та генна інженерія. Мікробіологічні основи антимікробної профілактики і терапії
Медична біотехнологія та генна інженерія. Мікробіологічні основи антимікробної профілактики і терапії
Досягнення науково-технічного прогресу сприяли розвитку нових біологічних технологій створення діагностичних, лікувальних і профілактичних препаратів, вирішення проблем збалансованості харчування, екологічних проблем. Основні принципи біотехнології-ферментація, культивування мікроорганізмів, рослинних і тваринних клітин, генна та клітинна інженерія. Генна інженерія-серцевина сучасної біотехнології.
На основі досягнень генетики розроблені високоточні методи діагностики та ідентифікації мікроорганізмів - визначення плазмідної профілю, рестрикційний аналіз, ДНК-гібридизація, полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР), секвенування і мн.др. Методи засновані на використанні ряду специфічних ферментів-рестриктаз (ферментів, що розщеплюють ДНК у специфічних ділянках), лігази або синтетаз (забезпечують з'єднання двох молекул), зокрема ДНК-лігази (одержання рекомбінантних молекул ДНК), полімераз (ДНК-залежна ДНК-полімераза забезпечує ПЛР-багаторазове реплицирования специфічної ділянки нуклеотидної послідовності).
Плазміди (F-плазміди) і віруси (бактеріофаги) використовують в генній інженерії в якості векторів для перенесення генетичного матеріалу (генів). Метод клонування полягає в тому, що виділений фрагмент (ген) вводиться до складу плазміди або інший самореплицирующихся системи і накопичується в розмножуються клітинах. Практичний варіант використання: мікроорганізми-продуценти біологічно активних речовин (в тому числі вакцин). Гібридомної технологію використовують для отримання моноклональних антитіл (МКА).
Крім клонування для отримання генів використовують секвенування і хімічний синтез. За допомогою генно-інженерних методів отримують вакцини, антигени, діагностикуми, гормони, імуномодулятори. Одним з великих розділів біотехнології є виробництво антибіотиків і різних хіміотерапевтичних препаратів антибактеріальної дії.
Методи впливу на мікроорганізми по виду використаного чинника можна розділити на фізичні і хімічні, за характером впливу-на невиборчі (знезараження-дезінфекція, стерилізації) та виборчі (хіміотерапевтичні).
Фізичні методи.
1.Терміческая обробка-прожарювання, кип'ятіння, пастеризація, автоклавування.
2.Облученіе-ультрафіолетове, гамма-і рентгенівське, мікрохвильове.
3.Фільтрованіе (оптимально-бактеріологічні фільтри з діаметром пір близько 200 нм).
Хімічні методи.
1.Неспеціфіческого дії-дезінфектанти (обробка приміщень та ін, антісектікі-обробка живих тканин). Серед них-препарати йоду та хлору, спирти, альдегіди, кислоти та луги, солі важких металів, катіонні детергенти, феноли, окислювачі, природні препарати-дьоготь, іхтіол, хлорофілліпт.
2.Ізбірательно пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів-антибіотики і хіміотерапевтичні препарати.
Ері антибіотикотерапії передував період розробки антимікробних хіміопрепаратів. Деякі віхи: у 1891р. Д. А. Романовський сформулював основні принципи хіміотерапії інфекційних хвороб, запропонував хінін для лікування малярії, П. Ерліх у 1906р. запропонував принцип хімічної варіації. Синтезовано похідні миш'яку сальварсан і неосальварсан, запропонований хіміотерапевтичний індекс. Коло хіміопрепаратів поступово розширювався. У 1932р. відкриті підходи до створення сульфаніламідних препаратів. Однак поїстінне революційне значення мало відкриття антибіотиків.
Одним з універсальних механізмів антогонізму мікроорганізмів є синтез антибіотиків, які гальмують зростання і розмноження мікроорганізмів (бактеріостатична дія) або вбивають їх (бактерицидна дія). Антибіотики-речовини, які можуть бути отримані з мікроорганізмів, рослин, тварин тканин і синтетичним шляхом, що володіють вираженою біологічною активністю щодо мікроорганізмів.
Таких речовин відомо кілька тисяч, проте реально використовують значно менше. Існує ряд вимог до антибіотиків, істотно обмежують їх терапевтичне застосування:
- Ефективність у низьких концентраціях;
- Стабільність в організмі і в різних умовах зберігання;
- Низька токсичність або її відсутність;
- Виражений бактеріостатичний і (або) бактерицидний ефект;
- Відсутність виражених побічних ефектів;
- Відсутність иммунодепрессивного впливу.
Першими відкритими антибіотиками були пеніцилін (Флемінг) і стрептоміцин (Ваксман).
Антибіотики можуть бути розділені за походженням, спрямованості і спектру дії, за механізмом дії.
За походженням антибіотики можуть бути:
- Бактеріального (поліміксин, граміцидин);
- Актиномицетного (стрептоміцин, левоміцетин, еритроміцин);
- Грибкового (пеніцилін);
- Рослинного (рафанін, фітонциди);
- Тваринного походження (інтерферони, лізоцим).
Найбільше відомо антибіотиків актиномицетного походження. Актиноміцети-переважно грунтові мікроорганізми. В умовах великої кількості та різноманітності грунтових мікроорганізмів їх антогонизм, в тому числі за допомогою вироблення антибіотиків-один з механізмів їх виживання.
По спектру дії антибіотики поділяють на:
- Діють переважно на грампозитивну мікрофлору-пеніцилін, еритроміцин;
- Діють переважно на грамнегативну мікрофлору-поліміксин;
- Широкого спектру дії (на грам-плюс і грам-мінус флору) - стрептоміцин, неоміцин;
- Протигрибкові-ністатин, амфотерріцін, леварін, нізорал;
- Протитуберкульозні-стрептоміцин, канаміцин;
- Протипухлинні-рифампіцин;
- Противірусні-інтерферон, зовіракс, ацикловір.
Антибіотики поділяють за механізмом дії:
- Інгібітори синтезу пептікоглікана клітинної стінки (пеніцилін, цефалоспорин, ванкоміцин, рістоміцин). Діють на мають клітинну стінку зростаючі бактерії, не діють на L-форми, що спочивають форми бактерій;
- Інгібітори синтезу білка (стрептоміцин, левоміцетин, тетрациклін);
- Інгібітори синтезу нуклеїнових кислот, пуринів і амінокислот (Налідіксова кислота, рифампіцин);
- Інгібітори синтезу мембрани і цитоплазматичної мембрани грибів (ністатин, поліміксин).
Побічна дія антибіотиків.
Для макроорганізму:
- Токсична дія;
- Дисбактеріози;
- Алергічні реакції;
- Імунодепресивну дію;
- Ендотоксичний шок.
Для мікроорганізмів:
- Формування атипових форм мікробів;
- Формування антибіотикорезистентних і антібіотікозавісімих форм мікроорганізмів.
Біохімічні та генетичні механізми лікарської стійкості мікроорганізмів.
Існує два типи лікарської стійкості-природна (природна) і набута (в результаті мутацій, обміну R-плазміди ін.)
Природна лікарська стійкість є видовою ознакою, частіше пов'язані з недоступністю антибіотика до його мішені, тобто неможливістю здійснення його механізму дії. У природних умовах, особливо в грунті, мікроорганізми знаходяться в конкурентній боротьбі за субстрати. Антибіотики-один із селективних факторів відбору. Мікроорганізми-продуценти антибіотиків захищені від синтезованих антибіотиків генетичними механізмами (генетично детермінована стійкість, кодована в хромосомі або обумовлена наявністю R-плазмід). Мікроорганізми в умовах спільного проживання змушені виробляти стійкість до антибіотиків.
Резистентність до антибіотиків у мікробів може бути пов'язана з негенетических факторами (низька метаболічна активність, перехід в L-форму).
Основну роль у лікарської стійкості належить R-плазміди, здатним передаватися в інші бактерії і формувати своєрідний генофонд лікарської стійкості мікроорганізмів. Резистентність сучасних стафілококів до пеніциліну доходить до 100%.
На біохімічному рівні у формуванні резистентності можуть брати участь різні механізми.
1.Разрушеніе молекули антибіотика (пеніциліни і інші бета-лактамні антибіотики руйнуються ферментом бета-лактамази).
2.Модіфікація структури молекули антибіотика, що призводить до втрати біологічної активності (так діють ізоферменти).
3.Ізмененіе структури мішеней, чутливих до антибіотика (білків 70S рібомос-стійкість до тетрациклінів, стрептоміцину, макролідів, гірази-до хінолонів, РНК-полімераз-до рифампіцину, пеніцилін білків-транспептидаз-до бета-лактамів).
4.Образованіе бактеріями "обхідного" шляху метаболізму.
5.Формірованіе механізмів активного виведення антибіотика з клітки.
Через формування антибіотикостійкість популяцій мікроорганізмів з метою ефективного лікування необхідно попередньо визначати чутливість даного антибіотика до виділеної культури збудника.
Основними методами визначення антібіотікочувствітельності бактерій in vitro є метод серійних розведень, дифузії в агар (паперових дисків), визначення здатності до продукції бета-лактамази, in vivo-на моделі безмікробних тварин, визначення концентрації антибіотиків у крові та сечі.
Метод дифузії в агар із застосуванням стандартних дисків, просочених різними антибіотиками в певних концентраціях (залежать від терапевтичної дози і відповідає рекомендаціям ВООЗ). Заснований на використанні стандартних поживних середовищ, дисків і методів. Оцінка результатів пов'язана з існуванням залежності між розміром зони пригнічення росту досліджуваних культур навколо дисків і значеннями мінімальних пригнічують концентрацій (МПК) відповідних антибіотиків (чутливістю мікроорганізмів). Є спеціальні таблиці для оцінки результатів, відповідно до яких культури визначають як чутливі, помірно стійкі і стійкі (резистентні) до тестованого антибіотика.
Метод серійних розведень антибіотиків дозволяє більш точно визначити МПК, однак через громіздкість застосовується рідше.
Бета-лактамазний тест (визначення здатності до утворення бета-лактамаз) частіше визначають методом дисків з нітроцефіном - цефалоспорином, що змінює забарвлення дисків при гідролізі. Позитивний тест свідчить про резистентність бактерій до всіх бета-лактамаза-чутливим пеніцилінів.
Існує ряд причин, що обумовлюють різну чутливість мікроорганізмів до антибіотиків in vitro і in vivo.
На антимікробну активність in vitro впливають багато факторів, в тому числі:
- РН середовища;
- Компоненти середовища;
- Концентрація мікроорганізмів;
- Умови і час культивування.
На антимікробну активність препаратів in vivo також впливають різні чинники, з яких необхідно відзначити:
- Фармакодинаміку препарату в організмі (швидкість всмоктування, виведення, розщеплення і т.д.);
- Локалізацію мікробів в організмі (особливо внутрішньоклітинну локалізацію).
Екологія мікроорганізмів
Мікроорганізми поширені всюди. Вони заселяють грунт, воду, повітря, рослини, організми тварин і людей-екологічні середовища проживання мікробів.
Виділяють вільноживучі і паразитичні мікроорганізми. Усюди, де є хоч якісь джерела енергії, вуглецю, азоту, кисню і водню (цеглинок всього живого), обов'язково зустрічаються мікроорганізми, що розрізняються за своїм фізіологічним потребам і займають свої екологічні ніші. Титанічна роль мікроорганізмів у кругообігу речовин у природі має виключне значення для підтримки динамічної рівноваги біосфери.
Мікроорганізми в екологічних нішах співіснують у вигляді складних асоціацій-біоценозів з різними типами взаємовідносин, в кінцевому рахунку забезпечують співіснування численних видів прокаріотів і різних царств життя.
Всі типи взаємовідносин мікроорганізмів об'єднуються поняттям симбіоз. Він може бути антогоністіческім і сінергіческім.
Роль мікроорганізмів у кругообігу речовин у природі.
Під кругообігом речовин у природі розуміють цикли перетворення хімічних елементів, з яких побудовані живі істоти, що відбуваються внаслідок різноманітності та гнучкості метаболізму мікроорганізмів.
Найбільше значення для всього живого має обмін (кругообіг) вуглецю, кисню, водню, азоту, сірки, фосфору і заліза. Етапи кругообігу різних хімічних елементів здійснюється мікроорганізмами різних груп. Безперервне існування кожної групи залежить від хімічних перетворень елементів, здійснюваних іншими групами мікроорганізмів. Життя на Землі неперервна, оскільки всі основні елементи життя піддаються циклічним перетворенням, в значній мірі визначаються мікроорганізмами.
Мікрофлора грунту.
Грунт є основним місцем проживання мікробів. Склад мікрофлори складається з багатьох тисяч видів бактерій, грибів, найпростіших і вірусів. Кількість мікробів залежить від складу грунтів і ряду інших факторів, в одному грамі орної грунту може міститися до 10 млрд. мікроорганізмів. Серед них сапрофіти ( "Гниле рослина"), тобто мікроорганізми, що живуть за рахунок мертних органічних субстратів. У процесі самоочищення грунту та кругообігу речовин беруть участь також нитрифицирующие, азотфіксуючі, денітрифікуючі та інші групи мікроорганізмів.
Патогенні мікроорганізми потрапляють у грунт з біовиделеніямі людей і тварин (калом, сечею, харкотинням, слиною, гноєм, потім і ін), а також з трупами. Найдовше в грунті зберігаються спороутворюючі патогенні мікроорганізми-збудники сибірської виразки, правця, газової гангрени, ботулізму, що визначає епідемічне значення грунту при цих інфекціях. Збудники сапронозов можуть автономно перебувати в грунті і воді і бути пов'язаними з грунтовими і водними організмами, тобто ця природне середовище проживання для них-основний резервуар збудників. Грунт і вода у разі сапронозов виступає в якості джерела зараження тварин і людей.
Мікрофлора води.
Вода-найдавніше місце проживання мікроорганізмів. Прісноводні водойми та річки відрізняються багатою мікрофлорою. Багато видів галофільних мікробів мешкає в морській воді, в тому числі на глибинах у кілька тисяч метрів. Чисельність мікроорганізмів у воді в певній мірі пов'язано з вмістом органічних речовин. Серйозною екологічною проблемою є стічні води, що містять значну кількість мікроорганізмів і органічних речовин, які не встигають самоочищатися.
Санітарно-гігієнічне якість води оцінюється різними способами. Найчастіше визначають колі-титр та колі-індекс, а також загальна кількість мікроорганізмів в мл. Колі-індекс-кількість E.coli (кишкової палички) в одному літрі, колі-титр-найменшу кількість води, в якому можна знайти одна клітина кишкової палички. Санітарно-епідеміологічне значення визначення в різних об'єктах мікроорганізмів вивчає санітарна мікробіологія. До числа її основних принципів можна віднести індикацію (виявлення) патогенів в об'єктах навколишнього середовища, до непрямих методів-виявлення санітарно-показових мікроорганізмів, визначення загальної мікробної обсіменіння.
Вода має істотне значення в епідеміології кишкових інфекцій. Їх збудники можуть потрапляти з випорожненнями у зовнішнє середовище (грунт), зі стічними водами-у водойми і в деяких випадках-у водопровідну мережу.
Мікрофлора повітря.
Повітря як середовище проживання менш сприятливий, ніж грунт і вода-мало поживних речовин, сонячні промені, висушування. Головним джерелом забруднення повітря мікроорганізмами є грунт, менше-вода. У видовому відношенні переважають коки (в т.ч. сарцини), спорові бактерії, гриби, актиноміцети. Особливе значення має мікрофлора закритих приміщень (накопичується при виділенні через дихальні шляхи людини). Повітряно-крапельним шляхом (за рахунок утворення стійких аерозолів) поширюються багато респіраторні інфекції (грип, коклюш, дифтерія, кір, туберкульоз та інші).
Мікробіологічна чистота повітря має велике значення в лікарняних умовах (особливо-операційні та інші хірургічні відділення).
Мікрофлора людини і її значення.
Дитина розвивається в організмі матері в нормі в стерильних умовах. Формування нової екологічної системи "організм людини + населяє його мікрофлора" починається в момент народження, причому основою її є мікрофлора матері і навколишнього дитини зовнішнього середовища (насамперед повітря). Протягом короткого часу шкірні покриви і слизові оболонки, сполучені із зовнішнім середовищем, заселяються різноманітними мікроорганізмами. У формуванні мікрофлори дітей першого року (головним чином-біфідобактерії і лактобактерії) істотну роль має природне (грудне) вигодовування.
Нормальна (тобто в умовах здорового організму) мікрофлора в кількісному і якісному відношенні представлена на різних ділянках тіла (екотопах) неоднаково. Причини-неоднакові умови проживання.
Аутохтонном (тобто притаманна даній області) мікрофлора може бути розділена на резидентну (постійну) і транзиторну (непостійну). На слизових оболонках, особливо шлунково-кишкового тракту, представники нормальної мікрофлори мешкають у вигляді двох форм-частина з них розташовується в просвіті (Просвічуюча), інша укладена в мукозних пристінковий матрикс, який утворює біоплівку (пристінкова мікрофлора). З нею пов'язана колонізаційна резистентність кишечника- природний бар'єр захисту кишечника (і організму в цілому) від інфекційних агентів.
Нормальна мікрофлора шкіри.
Найбільш заселені мікроорганізмами місця, захищені від дії світла і висихання. Найбільш постійний склад мікрофлори в області гирл сально-волосяних фолікулів. Найчастіше виявляють Staphylococcus epidermidis і S.saprophyticus, гриби роду Candida, рідше-діфтероіди і мікрококи.
Мікрофлора дихальних шляхів.
Слизові оболонки гортані, трахеї, бронхів і альвеоли здорової людини не містять мікроорганізмів. Основна маса мікрофлори рото-і носоглотки припадає на зеленящего стрептокока, рідше виявляються нейсерії, діфтероіди і стафілококи.
Мікрофлора сечостатевого тракту.
Мікробний біоценоз мізерний, верхні відділи зазвичай стерильні. У піхві здорової жінки переважають молочнокислі палички Додерлейна (лактобактерії), що створюють кислу рН, гнітючу зростання грамнегативних бактерій і стафілококів, і діфтероіди. Існує баланс між лактобактеріями з одного боку і гарднерелами та анаеробами з іншого.
Мікрофлора шлунково-кишкового тракту.
Найбільш активно бактерії обживають шлунково-кишковий тракт. При цьому колонізація здійснюється чітко "по поверхах". У шлунку з кислою реакцією середовища і верхніх відділів тонкої кишки кількість мікроорганізмів не перевищує 1000 в мл, частіше виявляють лактобацили, ентерококи, дріжджі, біфідобактерії, E.coli.
Мікрофлора товстого кишечника найбільш стабільна і різноманітна. Це поїстінне резервуар бактерій всього організму-виявлено більше 250 видів, загальна біомаса мікробів може досягати 1,5 кг. Домінуючою групою в нормі є бесспоровие анаеробні бактерії (біфідобактерії і бактероїди) - до 99%. Виділяють мукозная (пристеночной) і просвітні мікрофлору. Пристінкова мікрофлора забезпечує колонізаційної резистентність кишечника, що грає важливу роль в попередженні (в нормі) і в розвитку (при патології) екзо-і ендогенних інфекційних захворювань.
Нормальна мікрофлора і особливо мікрофлора товстого кишечника робить істотний вплив на організм. Основні її функції:
- Захисна (антагонізм до інших, в тому числі патогенних мікробів);
- Иммуностимулирующая (антигени мікроорганізмів стимулюють розвиток лімфоїдної тканини);
- Травна (перш за все обмін холестерину і жовчних кислот);
- Метаболічна (синтез вітамінів групи В-В1, 2,6,12, К, нікотинової, пантотенової, фолієвої кислоти).
Існують різні методи вивчення ролі нормальної мікрофлори. Гнотобіонти (безмікробних тварини) використовуються для вивчення ролі мікроорганізмів для функціонування фізіологічних систем. Гнотобіологіческіе технології використовують для лікування імунодефіцитів, опіків.
У результаті різноманітних впливів, що знижують природну резистентність, при важких інфекційних та соматичних захворюваннях і особливо при нераціональному застосуванні антибіотиків виникають дисбактеріози. Дисбактеріоз-зміни кількісного та якісного складу мікрофлори, головним чином кишечника. Найчастіше супроводжуються збільшенням факультативно-анаеробної або залишкової мікрофлори (грамнегативних паличок - кишкової палички, протея, псевдомонад), стафілококів, грибів роду Candida. Ці мікроорганізми як правило стійкі до антибіотиків і при придушенні нормофлори антибіотиками і зниженні природної резистентності отримують можливість безперешкодно розмножуватися.
Найбільш важкі форми дисбактеріозів-стафілококові пневмонії, коліти і сепсис, кандидомікозів, псевдомембранозний коліт, викликаний Clostridium difficile.
Для лікування використовують біопрепарати, які відновлюють нормальну мікрофлору-еубіотики-колібактерин (використовують спеціальний штам E.coli, антогоніст шигел), лактобактерин, біфідумбактерин, біфікол, бактисубтил та інші, а також спеціальні бактеріофаги.
На основі досягнень генетики розроблені високоточні методи діагностики та ідентифікації мікроорганізмів - визначення плазмідної профілю, рестрикційний аналіз, ДНК-гібридизація, полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР), секвенування і мн.др. Методи засновані на використанні ряду специфічних ферментів-рестриктаз (ферментів, що розщеплюють ДНК у специфічних ділянках), лігази або синтетаз (забезпечують з'єднання двох молекул), зокрема ДНК-лігази (одержання рекомбінантних молекул ДНК), полімераз (ДНК-залежна ДНК-полімераза забезпечує ПЛР-багаторазове реплицирования специфічної ділянки нуклеотидної послідовності).
Плазміди (F-плазміди) і віруси (бактеріофаги) використовують в генній інженерії в якості векторів для перенесення генетичного матеріалу (генів). Метод клонування полягає в тому, що виділений фрагмент (ген) вводиться до складу плазміди або інший самореплицирующихся системи і накопичується в розмножуються клітинах. Практичний варіант використання: мікроорганізми-продуценти біологічно активних речовин (в тому числі вакцин). Гібридомної технологію використовують для отримання моноклональних антитіл (МКА).
Крім клонування для отримання генів використовують секвенування і хімічний синтез. За допомогою генно-інженерних методів отримують вакцини, антигени, діагностикуми, гормони, імуномодулятори. Одним з великих розділів біотехнології є виробництво антибіотиків і різних хіміотерапевтичних препаратів антибактеріальної дії.
Методи впливу на мікроорганізми по виду використаного чинника можна розділити на фізичні і хімічні, за характером впливу-на невиборчі (знезараження-дезінфекція, стерилізації) та виборчі (хіміотерапевтичні).
Фізичні методи.
1.Терміческая обробка-прожарювання, кип'ятіння, пастеризація, автоклавування.
2.Облученіе-ультрафіолетове, гамма-і рентгенівське, мікрохвильове.
3.Фільтрованіе (оптимально-бактеріологічні фільтри з діаметром пір близько 200 нм).
Хімічні методи.
1.Неспеціфіческого дії-дезінфектанти (обробка приміщень та ін, антісектікі-обробка живих тканин). Серед них-препарати йоду та хлору, спирти, альдегіди, кислоти та луги, солі важких металів, катіонні детергенти, феноли, окислювачі, природні препарати-дьоготь, іхтіол, хлорофілліпт.
2.Ізбірательно пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів-антибіотики і хіміотерапевтичні препарати.
Ері антибіотикотерапії передував період розробки антимікробних хіміопрепаратів. Деякі віхи: у 1891р. Д. А. Романовський сформулював основні принципи хіміотерапії інфекційних хвороб, запропонував хінін для лікування малярії, П. Ерліх у 1906р. запропонував принцип хімічної варіації. Синтезовано похідні миш'яку сальварсан і неосальварсан, запропонований хіміотерапевтичний індекс. Коло хіміопрепаратів поступово розширювався. У 1932р. відкриті підходи до створення сульфаніламідних препаратів. Однак поїстінне революційне значення мало відкриття антибіотиків.
Одним з універсальних механізмів антогонізму мікроорганізмів є синтез антибіотиків, які гальмують зростання і розмноження мікроорганізмів (бактеріостатична дія) або вбивають їх (бактерицидна дія). Антибіотики-речовини, які можуть бути отримані з мікроорганізмів, рослин, тварин тканин і синтетичним шляхом, що володіють вираженою біологічною активністю щодо мікроорганізмів.
Таких речовин відомо кілька тисяч, проте реально використовують значно менше. Існує ряд вимог до антибіотиків, істотно обмежують їх терапевтичне застосування:
- Ефективність у низьких концентраціях;
- Стабільність в організмі і в різних умовах зберігання;
- Низька токсичність або її відсутність;
- Виражений бактеріостатичний і (або) бактерицидний ефект;
- Відсутність виражених побічних ефектів;
- Відсутність иммунодепрессивного впливу.
Першими відкритими антибіотиками були пеніцилін (Флемінг) і стрептоміцин (Ваксман).
Антибіотики можуть бути розділені за походженням, спрямованості і спектру дії, за механізмом дії.
За походженням антибіотики можуть бути:
- Бактеріального (поліміксин, граміцидин);
- Актиномицетного (стрептоміцин, левоміцетин, еритроміцин);
- Грибкового (пеніцилін);
- Рослинного (рафанін, фітонциди);
- Тваринного походження (інтерферони, лізоцим).
Найбільше відомо антибіотиків актиномицетного походження. Актиноміцети-переважно грунтові мікроорганізми. В умовах великої кількості та різноманітності грунтових мікроорганізмів їх антогонизм, в тому числі за допомогою вироблення антибіотиків-один з механізмів їх виживання.
По спектру дії антибіотики поділяють на:
- Діють переважно на грампозитивну мікрофлору-пеніцилін, еритроміцин;
- Діють переважно на грамнегативну мікрофлору-поліміксин;
- Широкого спектру дії (на грам-плюс і грам-мінус флору) - стрептоміцин, неоміцин;
- Протигрибкові-ністатин, амфотерріцін, леварін, нізорал;
- Протитуберкульозні-стрептоміцин, канаміцин;
- Протипухлинні-рифампіцин;
- Противірусні-інтерферон, зовіракс, ацикловір.
Антибіотики поділяють за механізмом дії:
- Інгібітори синтезу пептікоглікана клітинної стінки (пеніцилін, цефалоспорин, ванкоміцин, рістоміцин). Діють на мають клітинну стінку зростаючі бактерії, не діють на L-форми, що спочивають форми бактерій;
- Інгібітори синтезу білка (стрептоміцин, левоміцетин, тетрациклін);
- Інгібітори синтезу нуклеїнових кислот, пуринів і амінокислот (Налідіксова кислота, рифампіцин);
- Інгібітори синтезу мембрани і цитоплазматичної мембрани грибів (ністатин, поліміксин).
Побічна дія антибіотиків.
Для макроорганізму:
- Токсична дія;
- Дисбактеріози;
- Алергічні реакції;
- Імунодепресивну дію;
- Ендотоксичний шок.
Для мікроорганізмів:
- Формування атипових форм мікробів;
- Формування антибіотикорезистентних і антібіотікозавісімих форм мікроорганізмів.
Біохімічні та генетичні механізми лікарської стійкості мікроорганізмів.
Існує два типи лікарської стійкості-природна (природна) і набута (в результаті мутацій, обміну R-плазміди ін.)
Природна лікарська стійкість є видовою ознакою, частіше пов'язані з недоступністю антибіотика до його мішені, тобто неможливістю здійснення його механізму дії. У природних умовах, особливо в грунті, мікроорганізми знаходяться в конкурентній боротьбі за субстрати. Антибіотики-один із селективних факторів відбору. Мікроорганізми-продуценти антибіотиків захищені від синтезованих антибіотиків генетичними механізмами (генетично детермінована стійкість, кодована в хромосомі або обумовлена наявністю R-плазмід). Мікроорганізми в умовах спільного проживання змушені виробляти стійкість до антибіотиків.
Резистентність до антибіотиків у мікробів може бути пов'язана з негенетических факторами (низька метаболічна активність, перехід в L-форму).
Основну роль у лікарської стійкості належить R-плазміди, здатним передаватися в інші бактерії і формувати своєрідний генофонд лікарської стійкості мікроорганізмів. Резистентність сучасних стафілококів до пеніциліну доходить до 100%.
На біохімічному рівні у формуванні резистентності можуть брати участь різні механізми.
1.Разрушеніе молекули антибіотика (пеніциліни і інші бета-лактамні антибіотики руйнуються ферментом бета-лактамази).
2.Модіфікація структури молекули антибіотика, що призводить до втрати біологічної активності (так діють ізоферменти).
3.Ізмененіе структури мішеней, чутливих до антибіотика (білків 70S рібомос-стійкість до тетрациклінів, стрептоміцину, макролідів, гірази-до хінолонів, РНК-полімераз-до рифампіцину, пеніцилін білків-транспептидаз-до бета-лактамів).
4.Образованіе бактеріями "обхідного" шляху метаболізму.
5.Формірованіе механізмів активного виведення антибіотика з клітки.
Через формування антибіотикостійкість популяцій мікроорганізмів з метою ефективного лікування необхідно попередньо визначати чутливість даного антибіотика до виділеної культури збудника.
Основними методами визначення антібіотікочувствітельності бактерій in vitro є метод серійних розведень, дифузії в агар (паперових дисків), визначення здатності до продукції бета-лактамази, in vivo-на моделі безмікробних тварин, визначення концентрації антибіотиків у крові та сечі.
Метод дифузії в агар із застосуванням стандартних дисків, просочених різними антибіотиками в певних концентраціях (залежать від терапевтичної дози і відповідає рекомендаціям ВООЗ). Заснований на використанні стандартних поживних середовищ, дисків і методів. Оцінка результатів пов'язана з існуванням залежності між розміром зони пригнічення росту досліджуваних культур навколо дисків і значеннями мінімальних пригнічують концентрацій (МПК) відповідних антибіотиків (чутливістю мікроорганізмів). Є спеціальні таблиці для оцінки результатів, відповідно до яких культури визначають як чутливі, помірно стійкі і стійкі (резистентні) до тестованого антибіотика.
Метод серійних розведень антибіотиків дозволяє більш точно визначити МПК, однак через громіздкість застосовується рідше.
Бета-лактамазний тест (визначення здатності до утворення бета-лактамаз) частіше визначають методом дисків з нітроцефіном - цефалоспорином, що змінює забарвлення дисків при гідролізі. Позитивний тест свідчить про резистентність бактерій до всіх бета-лактамаза-чутливим пеніцилінів.
Існує ряд причин, що обумовлюють різну чутливість мікроорганізмів до антибіотиків in vitro і in vivo.
На антимікробну активність in vitro впливають багато факторів, в тому числі:
- РН середовища;
- Компоненти середовища;
- Концентрація мікроорганізмів;
- Умови і час культивування.
На антимікробну активність препаратів in vivo також впливають різні чинники, з яких необхідно відзначити:
- Фармакодинаміку препарату в організмі (швидкість всмоктування, виведення, розщеплення і т.д.);
- Локалізацію мікробів в організмі (особливо внутрішньоклітинну локалізацію).
Екологія мікроорганізмів
Мікроорганізми поширені всюди. Вони заселяють грунт, воду, повітря, рослини, організми тварин і людей-екологічні середовища проживання мікробів.
Виділяють вільноживучі і паразитичні мікроорганізми. Усюди, де є хоч якісь джерела енергії, вуглецю, азоту, кисню і водню (цеглинок всього живого), обов'язково зустрічаються мікроорганізми, що розрізняються за своїм фізіологічним потребам і займають свої екологічні ніші. Титанічна роль мікроорганізмів у кругообігу речовин у природі має виключне значення для підтримки динамічної рівноваги біосфери.
Мікроорганізми в екологічних нішах співіснують у вигляді складних асоціацій-біоценозів з різними типами взаємовідносин, в кінцевому рахунку забезпечують співіснування численних видів прокаріотів і різних царств життя.
Всі типи взаємовідносин мікроорганізмів об'єднуються поняттям симбіоз. Він може бути антогоністіческім і сінергіческім.
Роль мікроорганізмів у кругообігу речовин у природі.
Під кругообігом речовин у природі розуміють цикли перетворення хімічних елементів, з яких побудовані живі істоти, що відбуваються внаслідок різноманітності та гнучкості метаболізму мікроорганізмів.
Найбільше значення для всього живого має обмін (кругообіг) вуглецю, кисню, водню, азоту, сірки, фосфору і заліза. Етапи кругообігу різних хімічних елементів здійснюється мікроорганізмами різних груп. Безперервне існування кожної групи залежить від хімічних перетворень елементів, здійснюваних іншими групами мікроорганізмів. Життя на Землі неперервна, оскільки всі основні елементи життя піддаються циклічним перетворенням, в значній мірі визначаються мікроорганізмами.
Мікрофлора грунту.
Грунт є основним місцем проживання мікробів. Склад мікрофлори складається з багатьох тисяч видів бактерій, грибів, найпростіших і вірусів. Кількість мікробів залежить від складу грунтів і ряду інших факторів, в одному грамі орної грунту може міститися до 10 млрд. мікроорганізмів. Серед них сапрофіти ( "Гниле рослина"), тобто мікроорганізми, що живуть за рахунок мертних органічних субстратів. У процесі самоочищення грунту та кругообігу речовин беруть участь також нитрифицирующие, азотфіксуючі, денітрифікуючі та інші групи мікроорганізмів.
Патогенні мікроорганізми потрапляють у грунт з біовиделеніямі людей і тварин (калом, сечею, харкотинням, слиною, гноєм, потім і ін), а також з трупами. Найдовше в грунті зберігаються спороутворюючі патогенні мікроорганізми-збудники сибірської виразки, правця, газової гангрени, ботулізму, що визначає епідемічне значення грунту при цих інфекціях. Збудники сапронозов можуть автономно перебувати в грунті і воді і бути пов'язаними з грунтовими і водними організмами, тобто ця природне середовище проживання для них-основний резервуар збудників. Грунт і вода у разі сапронозов виступає в якості джерела зараження тварин і людей.
Мікрофлора води.
Вода-найдавніше місце проживання мікроорганізмів. Прісноводні водойми та річки відрізняються багатою мікрофлорою. Багато видів галофільних мікробів мешкає в морській воді, в тому числі на глибинах у кілька тисяч метрів. Чисельність мікроорганізмів у воді в певній мірі пов'язано з вмістом органічних речовин. Серйозною екологічною проблемою є стічні води, що містять значну кількість мікроорганізмів і органічних речовин, які не встигають самоочищатися.
Санітарно-гігієнічне якість води оцінюється різними способами. Найчастіше визначають колі-титр та колі-індекс, а також загальна кількість мікроорганізмів в мл. Колі-індекс-кількість E.coli (кишкової палички) в одному літрі, колі-титр-найменшу кількість води, в якому можна знайти одна клітина кишкової палички. Санітарно-епідеміологічне значення визначення в різних об'єктах мікроорганізмів вивчає санітарна мікробіологія. До числа її основних принципів можна віднести індикацію (виявлення) патогенів в об'єктах навколишнього середовища, до непрямих методів-виявлення санітарно-показових мікроорганізмів, визначення загальної мікробної обсіменіння.
Вода має істотне значення в епідеміології кишкових інфекцій. Їх збудники можуть потрапляти з випорожненнями у зовнішнє середовище (грунт), зі стічними водами-у водойми і в деяких випадках-у водопровідну мережу.
Мікрофлора повітря.
Повітря як середовище проживання менш сприятливий, ніж грунт і вода-мало поживних речовин, сонячні промені, висушування. Головним джерелом забруднення повітря мікроорганізмами є грунт, менше-вода. У видовому відношенні переважають коки (в т.ч. сарцини), спорові бактерії, гриби, актиноміцети. Особливе значення має мікрофлора закритих приміщень (накопичується при виділенні через дихальні шляхи людини). Повітряно-крапельним шляхом (за рахунок утворення стійких аерозолів) поширюються багато респіраторні інфекції (грип, коклюш, дифтерія, кір, туберкульоз та інші).
Мікробіологічна чистота повітря має велике значення в лікарняних умовах (особливо-операційні та інші хірургічні відділення).
Мікрофлора людини і її значення.
Дитина розвивається в організмі матері в нормі в стерильних умовах. Формування нової екологічної системи "організм людини + населяє його мікрофлора" починається в момент народження, причому основою її є мікрофлора матері і навколишнього дитини зовнішнього середовища (насамперед повітря). Протягом короткого часу шкірні покриви і слизові оболонки, сполучені із зовнішнім середовищем, заселяються різноманітними мікроорганізмами. У формуванні мікрофлори дітей першого року (головним чином-біфідобактерії і лактобактерії) істотну роль має природне (грудне) вигодовування.
Нормальна (тобто в умовах здорового організму) мікрофлора в кількісному і якісному відношенні представлена на різних ділянках тіла (екотопах) неоднаково. Причини-неоднакові умови проживання.
Аутохтонном (тобто притаманна даній області) мікрофлора може бути розділена на резидентну (постійну) і транзиторну (непостійну). На слизових оболонках, особливо шлунково-кишкового тракту, представники нормальної мікрофлори мешкають у вигляді двох форм-частина з них розташовується в просвіті (Просвічуюча), інша укладена в мукозних пристінковий матрикс, який утворює біоплівку (пристінкова мікрофлора). З нею пов'язана колонізаційна резистентність кишечника- природний бар'єр захисту кишечника (і організму в цілому) від інфекційних агентів.
Нормальна мікрофлора шкіри.
Найбільш заселені мікроорганізмами місця, захищені від дії світла і висихання. Найбільш постійний склад мікрофлори в області гирл сально-волосяних фолікулів. Найчастіше виявляють Staphylococcus epidermidis і S.saprophyticus, гриби роду Candida, рідше-діфтероіди і мікрококи.
Мікрофлора дихальних шляхів.
Слизові оболонки гортані, трахеї, бронхів і альвеоли здорової людини не містять мікроорганізмів. Основна маса мікрофлори рото-і носоглотки припадає на зеленящего стрептокока, рідше виявляються нейсерії, діфтероіди і стафілококи.
Мікрофлора сечостатевого тракту.
Мікробний біоценоз мізерний, верхні відділи зазвичай стерильні. У піхві здорової жінки переважають молочнокислі палички Додерлейна (лактобактерії), що створюють кислу рН, гнітючу зростання грамнегативних бактерій і стафілококів, і діфтероіди. Існує баланс між лактобактеріями з одного боку і гарднерелами та анаеробами з іншого.
Мікрофлора шлунково-кишкового тракту.
Найбільш активно бактерії обживають шлунково-кишковий тракт. При цьому колонізація здійснюється чітко "по поверхах". У шлунку з кислою реакцією середовища і верхніх відділів тонкої кишки кількість мікроорганізмів не перевищує 1000 в мл, частіше виявляють лактобацили, ентерококи, дріжджі, біфідобактерії, E.coli.
Мікрофлора товстого кишечника найбільш стабільна і різноманітна. Це поїстінне резервуар бактерій всього організму-виявлено більше 250 видів, загальна біомаса мікробів може досягати 1,5 кг. Домінуючою групою в нормі є бесспоровие анаеробні бактерії (біфідобактерії і бактероїди) - до 99%. Виділяють мукозная (пристеночной) і просвітні мікрофлору. Пристінкова мікрофлора забезпечує колонізаційної резистентність кишечника, що грає важливу роль в попередженні (в нормі) і в розвитку (при патології) екзо-і ендогенних інфекційних захворювань.
Нормальна мікрофлора і особливо мікрофлора товстого кишечника робить істотний вплив на організм. Основні її функції:
- Захисна (антагонізм до інших, в тому числі патогенних мікробів);
- Иммуностимулирующая (антигени мікроорганізмів стимулюють розвиток лімфоїдної тканини);
- Травна (перш за все обмін холестерину і жовчних кислот);
- Метаболічна (синтез вітамінів групи В-В1, 2,6,12, К, нікотинової, пантотенової, фолієвої кислоти).
Існують різні методи вивчення ролі нормальної мікрофлори. Гнотобіонти (безмікробних тварини) використовуються для вивчення ролі мікроорганізмів для функціонування фізіологічних систем. Гнотобіологіческіе технології використовують для лікування імунодефіцитів, опіків.
У результаті різноманітних впливів, що знижують природну резистентність, при важких інфекційних та соматичних захворюваннях і особливо при нераціональному застосуванні антибіотиків виникають дисбактеріози. Дисбактеріоз-зміни кількісного та якісного складу мікрофлори, головним чином кишечника. Найчастіше супроводжуються збільшенням факультативно-анаеробної або залишкової мікрофлори (грамнегативних паличок - кишкової палички, протея, псевдомонад), стафілококів, грибів роду Candida. Ці мікроорганізми як правило стійкі до антибіотиків і при придушенні нормофлори антибіотиками і зниженні природної резистентності отримують можливість безперешкодно розмножуватися.
Найбільш важкі форми дисбактеріозів-стафілококові пневмонії, коліти і сепсис, кандидомікозів, псевдомембранозний коліт, викликаний Clostridium difficile.
Для лікування використовують біопрепарати, які відновлюють нормальну мікрофлору-еубіотики-колібактерин (використовують спеціальний штам E.coli, антогоніст шигел), лактобактерин, біфідумбактерин, біфікол, бактисубтил та інші, а також спеціальні бактеріофаги.
Література
1. Пицкій В.І. «Алергічні захворювання», 1999.
2. Райт А. «Імунологія», 2000.
3. Тімаков В.Д. «Мікробіологія», 1983.
4. Фрадкін В.А. «Діагностичні та лікувальні алергени».
5. Хасетов Р.М. «Екологічна імунологія», 1995.
1. Пицкій В.І. «Алергічні захворювання», 1999.
2. Райт А. «Імунологія», 2000.
3. Тімаков В.Д. «Мікробіологія», 1983.
4. Фрадкін В.А. «Діагностичні та лікувальні алергени».
5. Хасетов Р.М. «Екологічна імунологія», 1995.