Источники получения антибиотиков

Источники и способы получения антибиотиков

Основными продуцентами природных антибиотиков являются микроорганизмы, которые, находясь в своей естественной среде (в основном в почве), синтезируют антибиотики в качестве средства выживания в борьбе за существование. Животные и растительные клетки также могут вырабатывать некоторые вещества с селективным антимикробным действием, однако широкого применения в медицине в качестве продуцентов антибиотиков они не получили.

Таким образом, основными источниками получения природных полусинтетических антибиотиков стали:

  • — Актиномицеты (особенно стрептомицеты) — ветвящиеся бактерии. Они синтезируют большинство природных антибиотиков (80%).
  • — Плесневые грибы — синтезируют природные бета — лактамы (грибы рода Cephalosporium и Penicillium) и фузидиевую кислоту.
  • — Типичные бактерии — например, эубактерии, бациллы, псевдомонады — продуцируют бацитрацин, полимиксины и другие вещества, обладающие антибактериальным действием.

Существуют три основных способа получения антибиотиков:

  • — биологический синтез (так получают природные антибиотики — натуральные продукты ферментации, когда в оптимальных условиях культивируют микробы — продуценты, которые выделяют антибиотики в процессе своей жизнедеятельности);
  • — биосинтез с последующими химическими модификациями (так создают полусинтетические антибиотики). Сначала путём биосинтеза получают природный антибиотик, а затем его первоначальную молекулу видоизменяют путём химических модификаций, например, присоединяют определённые радикалы, в результате чего улучшаются противомикробные и фармакологические характеристики препарата;
  • — химический метод (так получают синтетические аналоги природных антибиотиков, например хлорамфеникол/левомицетин). Это вещества, которые имеют такую же структуру, как и природный антибиотик, но их молекулы синтезированы химически.

Источники получения природных и полусинтетических антибио-

Тиков

Основными продуцентами природных антибиотиков являются

микроорганизмы, которые, находясь в своей естественной среде (в

основном в почве), синтезируют антибиотики в качестве средства

борьбы за выживание. Клетки растений и животных также могут

нырабатывать разнообразные химические вещества с селективным

антимикробным действием (например, фитонциды, антимикроб-

ные пептиды и др.), однако широкого применения в медицине в

качестве продуцентов антибиотиков они не получили.

Таким образом, основными источниками получения природ-

ных и полусинтетических антибиотиков стали:

• плесневые грибы — синтезируют природные р-лактамы (гри-

бы рода Cephalosporium и Penicillium) и фузидиевую кислоту;

• актиномицеты (особенно стрептомицеты) — ветвящиеся бак-

терии, синтезируют большинство природных антибиотиков

• типичные бактерии, например бациллы, псевдомонады, про-

дуцируют бацитрацин, полимиксины и другие вещества, об-

ладающие антибактериальными свойствами.

Способы получения антибиотиков

Основные способы получения антибиотиков:

• биологический синтез (используют для получения природных

антибиотиков). В условиях специализированных производств

Глава 7

Культивируют микробы-продуценты, которые выделяют анти-

биотики в процессе своей жизнедеятельности;

• биосинтез с последующими химическими модификациями

(применяют для создания пол у синтетических антибиотиков).

Сначала путем биосинтеза получают природный антибиотик,

А затем его молекулу изменяют путем химических модифи-

каций, например присоединяют определенные радикалы, в

Результате чего улучшаются антимикробные и фармакологи-

ческие свойства препарата;

• химический синтез (применяют для получения синтетических

аналогов природных антибиотиков). Это вещества, которые

Имеют такую же структуру, как и природный антибиотик, но

Их молекулы синтезированы химически.

Р-Лактамы. Класс антибиотиков, включающих значительное

Число природных и полусинтетических соединений, характерной

Чертой которых является наличие р-лактамного кольца, при разру-

Шении которого препараты теряют свою активность; пеницилли-

Ны имеют в своем составе 5-членные, а цефалоспорины 6-членные

Соединения. Тип действия — бактерицидный. Антибиотики этого

Класса подразделяют на пенициллины, цефалоспорины, карбапене-

Мы и монобактамы.

Пенициллины. Выделяют природные (получены из грибов) и

полусинтетические пенициллины. Природный препарат — бензил-

пенициллин (пенициллин G) и его соли (калиевая и натриевая) —

Активен против грамположительных бактерий, однако имеет много

Недостатков: быстро выводится из организма, разрушается в кис-

Лой среде желудка, инактивируется пенициллиназами — бактери-

Альными ферментами, разрушающими р-лактамное кольцо. По-

Лусинтетические пенициллины, полученные путем присоединения

К основе природного пенициллина — 6-аминопенициллановой

Кислоте — различных радикалов, имеют преимущества перед при-

Родным препаратом, в том числе широкий спектр действия.

• Депо-препарат (бициллин), действует около 4 нед (создает

Депо в мышцах), применяется для лечения сифилиса, про-

Филактики рецидивов ревматизма и других стрептококковых

Инфекций, пневмококковых пневмоний. Используется для

Лечения менингококковых инфекций, гонореи.

• Кислотоустойчивые ____________(феноксиметилпенициллин), для перо-

Рального приема.

Антимикробные химиотерапевтические препараты 219

• Пенициллиназоустойчивые (метициллин, оксадиллин), в от-

Личие от природного пенициллина антибиотики этой группы

Устойчивы к действию пенициллиназы. Эффективны в от-

Ношении пенициллинрезистентных стафилококков, а также

Читать еще:  Группа антибиотиков метронидазол

в отношении S. pyogenes. Используются для лечения стафи-

Лококковых инфекций, включая абсцессы, пневмонии, эндо-

Кардиты и септицемии.

• Широкого спектра (ампициллин, амоксициллин). Активность

Подобна бензилпенициллину, но активны в отношении гра-

Мотрицательных аэробных бактерий: кишечных палочек,

Сальмонелл, шигелл, гемофильных палочек.

• Аитисинегнойные (препараты делятся на 2 группы: карбокси-

пенициллины и уреидопенициллины):

— карбоксипенициллины (карбенициллин, тикарциллин, пи-

Пероциллин). Активны в отношении многих грамположи-

Тельных и грамотрицательных бактерий: нейссерий, боль-

Шинства штаммов протея и других энтеробактерий. Особое

значение имеет активность в отношении Pseudomonas aeruginosa;

уреидопенициллины (пиперациллин, азлоциллин). При-

Меняются для лечения инфекций, вызванных Pseudomonas

Aeruginosa, активность против которой в 4—8 раз выше, чем

У карбенициллина; и других грамотрицательных бактерий,

Включая неспорообразующие анаэробы.

• Комбинированные (амоксициллин + клавулановая кислота, ам-

пициллин + сульбактам). В состав этих препаратов включены

ингибиторы ферментов — [3-лактамаз (клавулановая кислота,

Сульбактам и др.), содержащие в своей молекуле р-лактамное

Кольцо. (5-лактамное кольцо, связываясь с (3-лактамазами, ин-

Гибирует их и таким образом защищает молекулу антибиоти-

Ка от разрушения. Ингибиторы ферментов действуют на все

Микроорганизмы, чувствительные к ампициллину, а также на

Неспорообразующие анаэробы.

Цефалоспорины. Один из наиболее обширных классов антибио-

Тиков. Основным структурным компонентом этой группы анти-

Биотиков является цефалоспорин С, структурно подобный пени-

Циллину.

Общие свойства цефалоспоринов: выраженное бактерицидное

Действие, низкая токсичность, широкий терапевтический диапа-

Глава 7

Зон, не действуют на энтерококки, листерии, метициллинрези-

Стентные стафилококки, вызывают перекрестную аллергию с пе-

нициллинами у 10% больных. Спектр действия широкий, но более

Активны в отношении грамотрицательных бактерий. По последо-

Вательности внедрения различают 4 поколения (генерации) препа-

Ратов, которые отличаются по спектрам активности, устойчивости

К р-лактамазам и некоторым фармакологическим свойствам, по-

Этому препараты одного поколения не заменяют препараты другого

поколения, а дополняют:

• 1 поколение (цефамезин, цефазолин, цефалотин и др.) — ак-

Тивны в отношении грамположительных бактерий и энтеро-

Бактерий. Неактивны в отношении Pseudomonas aeruginosa.

Устойчивы к стафилококковым р-лактамазам, но разрушают-

ся р-лактамазами грамотрицательных бактерий;

• 2 поколение (цефамандол, цефуроксим, цефаклор и др.) — по

Действию на грамположительные бактерии равноценны цефа-

Лоспоринам 1-го поколения, но более активны в отношении

грамотрицательных, более устойчивы к р-лактамазам;

• 3 поколение (цефотаксим, цефтазидим и др.) — обладают осо-

Бенно высокой активностью против грамотрицательных бак-

Терий из семейства Enterobacteriaceae, некоторые активны в

Отношении синегнойной палочки. Менее активны в отно-

Шении грамположительных бактерий. Высоко резистентны к

действию р-лактамаз;

• 4 поколение (цефепим, цефпирон и др.) — действуют на неко-

Торые грамположительные бактерии (активность в отношении

Стафилококков сопоставима с цефалоспоринами 2-го поколе-

Ния), высокая активность в отношении некоторых грамотри-

Цательных бактерий и синегнойной палочки, резистентны к

Действию р-лактамаз.

Ские р-лактамы, узкого спектра действия. Очень активны только

Против грамотрицательных бактерий, в том числе синегнойной па-

Лочки и грамотрицательных колиформных бактерий. Резистентны

К р-лактамазам.

Карбапенемы (имипенем, меропенем и др.) — из всех р-лактамов

Имеют самый широкий спектр действия за исключением мети-

циллинрезистентных штаммов S. aureus и Enterococcus faecium. Ре-

зистентны к р-лактамазам. Карбапенемы — антибиотики резерва,

Ai i [ имикробные химиотерапевтические препараты 221

Назначаются при тяжелых инфекциях, вызванных множественно

Устойчивыми штаммами микроорганизмов, а также при смешан-

Ных инфекциях.

Гликопептиды (ванкомицин и тейкопланин). Активны только в

Отношении грамположительных бактерий, включая метициллин-

Diplom Consult.ru

63. История открытия антибиотиков. Источники и методы получения антибиотиков.

антибиотики — химиотерапевтические вещества, продуцируемые микроорганизмами, животными клетками, растениями, а также их производные и синтетические продукты, которые обладают избирательной спо­собностью угнетать и задерживать рост микроорганизмов, а также подавлять развитие злокачественных новообразований.

За тот период, который прошел со времени открытия П.Эрлиха, было получено более 10 000 различных антибиотиков, по­этому важной проблемой являлась систематизация этих препа­ратов. В настоящее время существуют различные классификации антибиотиков, однако ни одна из них не является общеприня­той.

В основу главной классификации антибиотиков положено их химическое строение.

Наиболее важными классами синтетических антибиотиков яв­ляются хинолоны и фторхинолоны (например, ципрофлоксацин), сульфаниламиды (сульфадиметоксин), имидазолы (метронидазол), нитрофураны (фурадонин, фурагин).

Основными продуцентами природных ан­тибиотиков являются микроорганизмы, ко­торые, находясь в своей естественной среде (в основном, в почве), синтезируют антибио­тики в качестве средства выживания в борьбе за существование. Животные и растительные клетки также могут вырабатывать некото­рые вещества с селективным антимикробным действием (например, фитонциды), однако широкого применения в медицине в качестве продуцентов антибиотиков они не получили.

Таким образом, основными источниками получения природных и полусинтетических антибиотиков стали:

Актиномицеты (особенно стрептомицеты) — ветвящиеся бактерии. Они синтезиру­ют большинство природных антибиотиков (80 %).

Читать еще:  Цефтриаксон как разводить новокаином

Плесневые грибы — синтезируют природ­ные бета-лактамы (грибы рода Cephalosporium и Penicillium)H фузидиевую кислоту.

Типичные бактерии — например, эубактерии, бациллы, псевдомонады — продуцируют бацитрацин, полимиксины и другие вещества, обладающие антибактериальным действием.

Существует три основных способа получе­ния антибиотиков:

биологический синтез (так получают при­родные антибиотики — натуральные продук­ты ферментации, когда в оптимальных ус­ловиях культивируют микробы-продуценты, которые выделяют антибиотики в процессе своей жизнедеятельности);

биосинтез с последующими химическими модификациями (так создают полусинтетичес­кие антибиотики). Сначала путем биосинтеза получают природный антибиотик, а затем его первоначальную молекулу видоизменяют путем химических модификаций, например присо­единяют определенные радикалы, в результате чего улучшаются противомикробные и фарма­кологические характеристики препарата;

химический синтез (так получают синте­тические аналоги природных антибиотиков, например хлорамфеникол/левомицетин). Это вещества, которые имеют такую же структуру,

64. Спектр и механизмы действия химиотерапевтических препаратов и основных химических групп антибиотиков

По спектру действия антибиотики делят на пять групп в зави­симости от того, на какие микроорганизмы они оказывают воз­действие. Кроме того, существуют противоопухолевые антибио­тики, продуцентами которых также являются актиномицеты. Каж­дая из этих групп включает две подгруппы: антибиотики широ­кого и узкого спектра действия.

Антибактериальные антибиотики составляют самую многочисленную группу препаратов. Преобладают в ней антиби­отики широкого спектра действия, оказывающие влияние на представителей всех трех отделов бактерий. К антибиотикам широкого спектра действия относятся аминогликозиды, тетрациклины и др. Антибиотики узкого спектра действия эффектив­ны в отношении небольшого круга бактерий, например полет-миксины действуют на грациликутные, ванкомицин влияет на грамположительные бактерии.

В отдельные группы выделяют противотуберкулезные, противолепрозные, противосифилитические препараты.

Противогрибковые антибиотики включают значитель­но меньшее число препаратов. Широким спектром действия об­ладает, например, амфотерицин В, эффективный при кандидозах, бластомикозах, аспергиллезах; в то же время нистатин, дей­ствующий на грибы рода Candida, является антибиотиком узко­го спектра действия.

Антипротозойные и антивирусные антибиотики на­считывают небольшое число препаратов.

Противоопухолевые антибиотики представлены препара­тами, обладающими цитотоксическим действием. Большинство из них применяют при многих видах опухолей, например митоми-цин С.

Действие антибиотиков на микроорганизмы связано с их спо­собностью подавлять те или иные биохимические реакции, про­исходящие в микробной клетке.

В зависимости от механизма дей­ствия различают пять групп антибиотиков:

1. антибиотики, нарушающие синтез клеточной стенки. К этой группе относятся, например, β-лактамы. Препараты этой груп­пы характеризуются самой высокой избирательностью дей­ствия: они убивают бактерии и не оказывают влияния на клет­ки микроорганизма, так как последние не имеют главного компонента клеточной стенки бактерий — пептидогликана. В связи с этим β -лактамные антибиотики являются наименее токсичными для макроорганизма;

2. антибиотики, нарушающие молекулярную организацию и синтез клеточных мембран. Примерами подоб­ных препаратов являются полимиксины, полиены;

3. антибиотики, нарушающие синтез белка; это наиболее многочисленная группа препаратов. Представителями этой группы являются аминогликозиды, тетрациклины, макроли-ды, левомицетин, вызывающие нарушение синтеза белка на разных уровнях;

4. антибиотики — ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот. Например, хинолоны нарушают синтез ДНК, рифампицин — синтез РНК;

5. антибиотики, подавляющие синтез пуринов и аминокислот. К этой группе относятся, например, сульфаниламиды.

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИБИОТИКОВ

Антибиотиками природного происхождения являются вещества, которые продуцируются актиномицетами и немицеллярными бактериями. Синтетические препараты, сходные по действию с антибиотиками, называют антибактериальными химиопрепаратами.

На сегодняшний день существует три способа получения антибиотиков.

Биологический синтез является самым ранним из способов. Антибиотики получают с помощью высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, выращиваемых на специальных питательных средах. Обычно для получения большого количества антибиотика используют штаммы, полученные в результате химического мутагенеза. Каждый вид может образовывать одно или несколько определенных и специфичных для него антибиотических веществ.

К субстратам для роста микроорганизмов относятся мясопептонная и картофельная среды и среды с экстрактами кукурузы, сои, свеклы, которые содержат различные углеводы. Они являются относительно дешевыми, микроорганизмы на них хорошо развиваются, обеспечивается высокий выход антибиотиков. На проявление антибиотических свойств влияют активная кислотность среды, температура, методы совместного выращивания.

Необходимые вещества выделяют из жидких сред с помощью ионно-обменных процессов, растворителей или экстракцией. Полученные антибиотики проходят очистку, концентрацию и стабилизацию.

Самым известным антибиотиком биологического происхождения является пенициллин.

Полусинтетические антибиотики получают в два этапа:

Биологическим синтезом получают основное ядро молекулы нативного антибиотика;

Методом химического синтеза частично изменяют химическую структуру вещества.

Таким путем был получен бензилпенициллин, состоящий из ядра молекулы пенициллина и молекулы 6-АПК бензильной группы. Также полусинтетические препараты получают на основе 7-аминоцефалоспориновой кислоты, например, цефалотин, который не дает аллергической реакции у лиц, чувствительных к пенициллину. Рифампицин – противотуберкулезный препарат, также был получен полусинтетическим методом.

Благодаря изучению химической структуры антибиотиков стало возможно получить их с помощью химического синтеза. Синтетические препараты обладают пролонгированным действием. Они действуют на устойчивые к пенициллину стафилококки. Первым синтетическим антибиотиком стал левомицетин, затем были получены экмоновоциллин, бициллин, хлорамфениколы.

Читать еще:  Антибиотики таблетки при геморрое

Антибиотики имеют важнейшее значение в борьбе с инфекцией. В мире снизилась и продолжает непрерывно снижаться инфекционная заболеваемость. Но вместе с использованием антибиотиков необходимо одновременно повышать иммунитет животного. Сами антибиотики должны применяться строго по показаниям с учетом индивидуальных свойств каждого антибиотика с точки зрения его антибактериального спектра и вызываемых им побочных реакций.

Природные источники получения

Пенициллин относится к группе в-лактамных антибиотиков.

В последние годы установлено, что антибиотики этой группы образуются не только плесневыми грибами, но и некоторыми видами актиномицетов и собственно бактерий.

Получение пенициллина — замечательная веха в развитии микробиологии, химии и медицины. С производством этого антибиотика связано создание вначале довольно скромной, а затем весьма мощной антибиотической промышленности.

В течение ряда лет пенициллин получали путем выращивания гриба в стеклянных матрацах (бутыли для поверхностного выращивания гриба в любом месте) на жидкой питательной среде. Это создавало огромные трудности в поддержании стерильности при засевах каждого матраца и требовало большой затраты рабочей силы. Учитывая, что выход антибиотика составлял всего несколько десятков единиц на 1 мл среды, себестоимость пенициллина была чрезвычайно высокой. Так, например, стоимость 1 кг пенициллина в США, как отмечал в 1959 г. Гольдберг, составляла в 1943 г. 227 270 долларов, а в 1953 г. — всего 169 долларов, т. е. за 10 лет стоимость 1 кг пенициллина снизилась более чем в 1340 раз.

Важным этапом в увеличении выхода пенициллина было изучение условий образования антибиотика.

Первая среда для глубинного образования пенициллина была разработана Мойером и Кохиллом в 1946 г., в ее состав входил кукурузный экстракт, лактоза, NaN03, глюкоза, однозамещенный фосфорнокислый калий и другие соли. Эта среда была основной, на ее базе были разработаны среды, используемые при промышленном производстве пенициллина.

Очень много труда было затрачено на выяснение того состава питательных сред, который обеспечивал бы наибольший выход пени-циллинов. Было подробно изучено значение различных источников углерода и азота, влияние микроэлементов и других факторов. Последний представляет собой побочный продукт производства крахмала из кукурузы. Его приготовляют экстракцией кукурузы теплой водой. Было найдено, что введение около 20 г крахмала на 1 л питательной среды резко ускоряет образование пенициллинов и увеличивает их выход. Правда, данных о широком применении последней пока не имеется.

Уже сравнительно давно было обнаружено, что введение в питательную среду небольших количеств фенилуксусной кислоты или ее амида приводит к значительному повышению выхода бензилпенициллина. Однако причины этого явления оставались неизвестными. Это утверждение было обосновано приводимыми ниже экспериментальными данными. Во-вторых, было выяснено, что введение в питательную среду различных соединений, содержащих замещенные фенильные остатки, ведет к образованию новых пенициллинов взлете, le1 При этом оказалось, что в ацильных радикалах последних всегда содержатся те фенильные остатки, которые имелись и в молекулах веществ, добавленных к питательной среде.

Натуральные (комплексные) среды, состоящие из природных соединений и имеющие неопределенный химический состав (части зеленых растений, животные ткани, солод, дрожжи, фрукты, овощи, навоз, почва и т. д.), содержат все компоненты, необходимые для роста и развития микроорганизмов большинства видов.[2] Используются следующие среды:

— мясопептонная среда, в состав которой одновременно с мясным экстрактом и пептоном входят хлорид натрия, фосфат калия, иногда глюкоза или сахароза; используется обычно в лабораторной практике.

— картофельные среды с глюкозой и пептоном, часто используемые в лаборатории для культивирования многих видов актиномицетов и бактерий;

— среды с кукурузным экстрактом, соевой мукой, бардой и другими веществами, в состав которых входят сульфат аммония, карбонат кальция, фосфаты, глюкоза, сахароза, лактоза или иные углеводы и ряд других соединений; среды успешно применяются в промышленности, т. к. являются дешевыми и обеспечивают хорошее развитие микроорганизмов с высоким выходом антибиотиков.

Продуцентами антибиотика пенициллина являются различные виды зеленой плесени (Penicillium). Продуценты пенициллина выделяют в питательную среду несколько близких по структуре антибиотиков (пенициллинов), отличающихся друг от друга по активности. Наибольшее практическое значение среди них имеет бензилпенициллин. В качестве лекарственных препаратов используются различные соли бензилпенициллина, которые обладают неодинаковой растворимостью в воде. Хорошо растворимые соли (натриевая и калиевая) являются препаратами короткого действия, а плохо растворимые (новокаиновая соль и бициллины) — препаратами длительного, или пролонгированного, действия. В последние годы в практику внедрены препараты пенициллина, получаемые полусинтетическим путем, — так называемые полусинтетические пенициллины (оксациллин, ампициллин и др.).[4]

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector