Антибиотики и их роль в микробных взаимодействиях

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ - МСХА имени КА.

ТИМИРЯЗЕВА (ФГБОУ ВПО РГАУ - МСХА имени К.А.Тимирязева)

 

 

Факультет почвоведения, агрохимии и экологии

 

 

Кафедра почвоведения

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

по дисциплине: МИКРОБИОЛОГИЯ

 

 

 

 

на тему: «Антибиотики и их роль в микробных взаимодействиях»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка 203 группы

В.А.Зверева

 

Проверил:

Годова Г.В.

 

Оценка курсовой работы:

 

_______________________

 

 

 

 

 

                                               Москва 2011г

Содержание.

 

 

 

 

 

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

Антибиотики. Механизм действия и классификация…………………………….4

Микроорганизмы- продуценты

антибиотиков……………………………………………………………………………11

Антагонизм в мире микроорганизмов………………………………………………12

Применение антибиотиков в сельском хозяйстве………………………………..15

Проблемы резистности микроорганизмов к антибиотикам……………………..19

Заключение……………………………………………………………………………...22

Список используемой литературы……………………………………………….….23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Учение об антибиотиках - молодая синтетическая ветвь современного естествознания. В 1980 г,исполнилось всего 40 лет с того периода, когда в 1940 г.был получен в кристаллическом виде замечательный химиотерапевтический препарат микробного происхождения- пенициллин- антибиотик открывший эры антибиотиков.

Многие ученые мечтали о создании таких препаратов, которые можно было бы использовать при различных заболеваниях человека, о препаратах, способных убивать патогенных бактерий, не оказывая вредного влияния на организм больного.

Известный немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс (1493- 1541) пытался применять мышьяк в борьбе с сифилисом. Однако его опыты не имели успеха и дальнейшее испытание этого вещества было надолго приостановлено.

Спустя примерно 380 лет немецкий врач, бактериолог и биохимик Пауль Эрлих (1854- 1915) в результате многочисленных и кропотливых опытов в 1912 г.синтезировал мышьяковистый препарат убивающий in vitro- возбудителя сифилиса. Эрлих назвал препарат сальварсаном.

Однако наибольший интерес для медицины представили различные биологические вещества, полученные биосинтетическим путем, т.е. соединения, образующиеся в процессе жизнедеятельности разнообразных организмов.

В 1929 г. А.Флемингом был открыт новый препарат- пенициллин. Это новое и весьма эффективное  химиотерапевтическое вещество получено в результате жизнедеятельности плесневого гриба, т.е. биосинтетическим путем.

С получением пенициллина как препарата возникло новое направление в науке- учение об антибиотиках, которое необычно быстро развивается в последние десятилетия.

 

 

Антибиотики. Механизм действия и классификация.

 

Антибиотики- специфические  продукты жизнедеятельности или их модификации, обладающие высокой физиологической активностью по отношению к определенным группам микроорганизмов (вирусам, бактериям, актиномицетам, грибам, водорослям ) или злокачественным опухолям, избирательно задерживая их рост или полностью подавляя развитие.

Антибиотики в отличии от некоторых других продуктов жизнедеятельности характеризуются  двумя основными признаками.

Во-первых, антибиотики в отличии от органических кислот, спиртов и им подобных соединений обладают высокой биологической активностью по отношению к чувствительным к ним организмам. Это означает, что антибиотические вещества, даже в очень низких концентрациях, проявляют высокий физиологический эффект. Например, пенициллин в концентрации 0,000001 г/мл оказывает четко выраженное бактерицидное действие в отношении чувствительных к нему бактерий.

Во-вторых, характерная особенность антибиотических веществ- избирательность их действия. Это означает, что каждый антибиотик проявляет свое биологическое действие лишь по отношению к отдельным вполне определенным организмам или к группам организмов, не оказывая при этом заметного эффекта на другие формы живых существ. Так, бензилпенициллин задерживает развитие представителей только некоторых грамположительных бактерий (кокков, стрептококкой и др.)и не оказывает действие на грамположительные бактерии, грибы или другие группы организмов. Он практически нетоксичен для организма человека или животного.  В этом состоит отличие антибиотичесикх веществ от общебиологических ядов- сулемы, фенола, мышьяка и других соединений, подавляющих жизнедеятельность любого организма, вступившего в контакт с ядом.

Не смотря на то, что антибиотики образуются в малых количествах по сравнению с такими продуктами жизнедеятельности, как, например, органические кислоты или спирты, они наиболее физиологически активные продукты метаболизма .

К настоящему моменту известно более 5000 различных антибиотиков. Антибиотики принадлежат к разным группам соединений (углеродсодержащие, аминоглюкозиды, хиноны, пептиды, макролиды и др.). Механизмы их противомикробного действия могут быть самыми разными (нарушение синтеза клеточной стенки, ингибирование синтеза белка, РНК, ДНК и т.д.).

В выработке устойчивости бактерий к антибиотикам и другим токсичным веществам участвуют трансмиссивные плазмиды, несущие гены множественной лекарственной устойчивости- R-факторы. R- факторы обуславливают устойчивость микроорганизмов к нескольким (девять и более) группам веществ- антибиотикам, лекарственным веществам, солям тяжелых металлов и др. Гены, которые определяют устойчивость бактерий, могут находиться в транспозонах, способных перемещаться в разные участки хромосомы и на плазмиды. Распространению множественной лекарственной устойчивости бактерий способствует комбинация трансмиссивной плазмиды с транспозоном.

Влияние на микроорганизмы токсичных веществ в небольших концентрациях, не вызывающих гибели, рассматривают как один из вариантов стрессовых воздействий. В таких условиях включаются специальные механизмы клеточного метаболизма, которые обеспечивают выживание бактерий .

Сложилось несколько подходов к классификации антибиотиков, причем они определяются главным образом профессиональными интересами ученых.

При классификации антибиотиков по признаку их биологического происхождения, с одной стороны, близкие или даже идентичные вещества могут быть отнесены к различным группам, а, с другой стороны, совершенно различные по химическому строению и биологическому действию соединения должны объединяться в одну группу веществ. Все это, безусловно, затрудняет их рассмотрение с точки зрения химического и биологического действия.

Среди основных признаков классификации антибиотиков известны следующие:

 

 

I классификация антибиотиков по биологическому происхождению.

 

1. Антибиотики, образуемые микроорганизмами, относящимися  к эубактериям.

А. Образуемые представителями рода Pseudomonas:

Пиоцианин- Ps.aeruginosa,

Вискозин- Ps.viscosa.

Б. образуемые представителями рода Microccus, Streptococcus, Diplococcus, Chromobacterium, Escherichia, Proteus:

Низин- Str.lactis,

Дипломицин- Diplococcus X-5,

Продигиозин- Chromobacterium prodigiosum (Serratia marcescens),

Колиформин- E.coli,

Протаптины- Ps.vulgaris.

В. Образуемые бактериями рода Bacillus:

Грамицидины- Bac.brevis,

Субтилин- Bac.subtilis,

Полимиксины- Bac.polymyxa,

Колистатин- неидентифицированная споровая аэробная палочка.

 

2. Антибиотики, образуемые микроорганизмами принадлежащими  к роду Streptomyces:

Стрептомицин- Str.griseus,

Тетрациклины- Str.auerofaciens, Str.rimosus,

Новобиоцин-  Str.spheroides,

Актиномицины- Str.antibioticus и др.

 

3. Антибиотики, образуемые несовершенными грибами:

Пенициллин- Penecillium chrysogenum,

Гризеофульвин- Penic.griseofulvin,

Трихотецин- Trichotecium roseum.

 

4. Антибиотики, образуемые грибами, относящимися к классам бензидомицетов и аскомицетов:

Термофиллин- базидиомицет Lensites thermophila,

Лензитин- Lensites sepiaria,

Хетомин- Chaetomium cochloides (актиномицет).

 

5. Антибиотики, образуемые лишайниками, водорослями  и низшими растениями:

Усниновая кислота (бинан)- лишайником,

Хлореллин-Chlorella vulgaris.

 

6. Антибиотики  образуемые высшими растениями:

Аллицин- Allium sativum,

Рафанин- Raphanus sativum,

Фитоалексины: пизатин в горохе- Pisum sativum,

                      фазеолин в фасоли- Phaseulus vulgaris.

7. Антибиотики  животного происхождения:

Лизоцим, экмолин, круцин (Trypanosoma cruzi), интерферон.

 

II Классификация антибиотиков по механизму биологического действия.

 

1. Антибиотики, ингибирующие  синтез клеточной стенки (пенициллины, бацитрацин, ванкомицин, цефалоспорин, D-циклосерин).

 

2. Антибиотики, нарушающие  функции мембран (альбомицин, аскозин, кандицидины, инстатин, трихомицин, эндомицин  и др.).

 

3. Антибиотики, избирательно  подавляющие синтез (обмен) нуклеиновых  кислот:

а) Подавляющие синтез РНК (актиномицин, гризеофульвин, канамицин, неомицин, новобиоцин, оливомицин и др.);

б) Подавляющие синтез ДНК (актидион, брунеомицин, митомицины, новобиоцин, саркомицин, эдеин и др.).

 

4. Антибиотки- ингибиторы  синтеза пуринов и пиримидинов (азасерин, декоинин, саркомицин и др.).

 

5. Антибиотики подавляющие  синтез белка (бацитрицин, виомицин, канамицин, метимицин, неомицин, тетрациклины, хлорамфеникол, эритромицин и др.).

 

6. Антибиотики- ингибиторы  дыхания (антимицины, патулин, пиоцианин, усиновая кислота и др.).

 

7. Антибиотики- ингибиторы  окислительного фосфорилирования (валиномицин, грамицидины, калицины, олигомицин, тироцидин и др.).

 

8. Антибиотики обладающие  антиметаболитными свойствами.

Антибиотические вещества образуемые некоторыми актиномицетами и плесневыми грибами. Эти антибиотики выступают в качестве антиметаболитов аминокислот, витаминов, нуклеиновых кислот. К числу антибиотиков- антиметаболитов относятся: фураномицин- антиметаболит лейцина; антибиотик- антагонист метаболизма аргинина и орнитина, образуемый Str.griseovariabelis;  антибиотик- антагонист метионина и тиамина, выделенный из культуры  Str.globisporus; антибиотическое вещество, обладающее антиметаболитными свойствами в отношении аргенина, лизина или гистидина, синтезируемое Str.macrosporus (термофилл).

 

9. Антибиотики- иммунодепрессанты: актиномицины C и D, оливомицин, бруномицин, рубомицин.

 

III Классификация антибиотиков по спектру биологического действия.

 

1. Противобактериальные  антибиотики узкого спектра действия, активные преимущественно в отношении грамположительных организмов.

Группа пенициллина.

Биосинтетические пенициллины: бензилпенилциллин и его соли (калиевая, натриевая, новокаиновая), бициллин, феноксиметилпенициллин.

Полусинтетические пенициллины.

Кислотоустойчивые, неактивные в отношении пенициллиназообразующих стафилококков: фенетициллин.

Кислотоустойчивые, активные в отношении пенициллиназообразующих стафилококков: оксациллин, клоксациллин ,диклоксациллин.

 

2. Противобактериальные  антибиотики широкого спектра действия.

Тетрациклины биосинтетические: хлортетрациклин, окситетрациклин, тетрациклин, деметилхлортетрациклин, деметилтетрациклин.

Полусинтетические тетрациклины: метациклин, доксициклин, моноциклин.

Хлорамфеникол (левомицетин).

Полусинтетические пенициллины: ампициллин, карбенициллин.

 

3. Противотуберкулезные  антибиотики.

Стрептомицин, канамицин, виомицин, циклосерин.

 

4. Противогрибные антибиотики.

Нистатин, гризеофульвин, амфотерицин В, леворин, кандицин, трихотецин.

 

5. Противоопухолевые антибиотики.

Актиномицин С, митомицин С, оливомицин, брунеомицин, дуномицин, рубомицин.

 

6. Противоамебные антибиотики.

Фумагиллин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИКРОБЫ - ПРОДУЦЕНТЫ АНТИБИОТИКОВ.

 
Между населяющими природу живыми существами, в том числе и между микробами, существуют очень сложные взаимоотношения. В одном случае эти взаимоотношения носят характер взаимной помощи: образуемые в процессе жизнедеятельности одних существ химические вещества используются другими, чем и обусловливается существование последних. Этот вид взаимоотношений носит название симбиоза. Однако в природе отношения между живыми существами складываются не всегда как симбиотические. 
Наряду с симбиозом чрезвычайно широко распространены и антагонистические взаимоотношения, выражающиеся в подавлении одного вида микроорганизмов другим при совместной их жизни. Такие взаимоотношения получили название антибиоза. 
Различные и многообразные формы антибиоза проявляются среди организмов, населяющих животный организм, почву, воду, навоз и другие объекты. Механизм антагонистических взаимоотношений между микробами бывает очень разнообразен, он может быть выражен:

 

1) в виде угнетения  одних видов микроорганизмов  продуктами жизнедеятельности других;

2) в виде борьбы за  кислород и питательные вещества  и т. п. 
 
Некоторые микробы в процессе своей жизнедеятельности выделяют такие продукты (так называемые антибиотики), которые действуют угнетающим образом на других микробов. Так, например, синегнойная палочка вырабатывает вещества, препятствующие развитию возбудителя сибирской язвы. 
Особенно сильными противомикробными свойствами обладают по отношению к подавляющему большинству микробов современные препараты - продукты жизнедеятельности некоторых плесневых и лучистых грибков, такие как пенициллин, биомицин, синтомицин, стрептомицин и др. 
В настоящее время выявлено более 100 различных антибиотических веществ (антибиотиков), вырабатываемых микробами, животными и растительными организмами. 
Успешно применяемые в последнее время антибиотики - пенициллин, стрептомицин, синтомицин, биомицин, террамицин - обладают высокой антибиотической активностью. Они широко применяются для профилактики и лечения при желудочно-кишечных заболеваниях, паратифе, роже свиней и других болезнях.