Влияние биологических факторов на бактерии. Антибиотики и бактериофаги

  Карбенициллин по спектру антимикробного действия близок к ампициллину, но в отличие от других пенициллинов активен в отношении синегнойной палочки. Карбенициллин вводят парентерально, а при гнойных менингитах — и в спинномозговой канал. Препарат малотоксичен, но может вызвать аллергические реакции. Существует также комбинированный препарат ампициллина с оксациллином — ампиокс, который обычно назначают при тяжелом течении заболевания, если неизвестен возбудитель.

 

  Метициллин, оксациллин и клоксациллин в отличие от ампициллина не разрушаются пенициллиназой и поэтому высоко эффективны при инфекциях, которые вызываются микробами, устойчивыми к пенициллину, особенно стафилококками. Оксациллин, кроме того, устойчив в кислой среде и его применяют внутрь. Эти препараты действуют на грамположигельную флору.

 

  Противоопухолевые антибиотики оказывают выраженное цитотоксическое действие на опухолевые и быстрорастущие нормальные клетки организма, а также дают выраженный антимикробный эффект в отношении различных групп микроорганизмов. Как антибактериальные препараты они не применяются ввиду высокой токсичности.   Большинство противоопухолевых антибиотиков образуется при биосинтезе различными видами стрептомицет. Механизм действия этих антибиотиков основан на влиянии их на синтез или метаболизм нуклеиновых кислот. Например, при действии брунеомицина наблюдаются прекращение синтеза и интенсивный распад ДНК, оливомицин подавляет синтез РНК на матрице ДНК, актиномицин и рубомицин подавляют ДНК-зависимый синтез РНК.

 
  К противоопухолевым относятся антибиотики группы актиномицинов (дактиномицин, хризомаллин, аурантин), группы ауреолевой кислоты (оливомицин, хромомицин), антрациклины (дауномицин, рубомицин) и стрептонигрины (брунеомицин), близкие по структуре к митомицину С. 
Противоопухолевые антибиотики применяют при различных формах злокачественных новообразований.

 

2.2. Антибиотики животного  происхождения.

 

  П. Н. Лащенковым в 1909 г. был обнаружен в белке куриного яйца лизоцим. Позднее его выявили в молоке, слюне, слезах и тканях различных органов. Лизоцим оказывает литическое действие на многих патогенных и сапрофитных микробов, являясь естественным защитным фактором организма. Его применяют для лечения кожных и глазных болезней. 
В 1958 г. Айзексом и Линдеманном были обнаружены интерфероны — белковые вещества с низкой молекулярной массой, вырабатываемые клетками организма при заражении вирусами. Они обладают широким спектром действия и нарушают синтез нуклеиновых кислот многих вирусов. Интерферон выделяется клетками, пораженными вирусами, во внешнюю среду и предохраняет другие клетки от заражения. Он неядовит, высокоэффективен. У вирусов не возникает устойчивых форм к интерферону. В последнее время была обнаружена группа веществ — интерфероногенов, которые стимулируют выработку интерферона. Проблема интерферонов и интерфероногенов широко разрабатывается во всем мире в плане борьбы с гриппом, аденовирусными инфекциями и трахомой.

 
  3. В. Ермольевой было получено антибиотическое вещество из молок осетровых рыб — экмолин. Он нашел применение в связи со способностью удлинять и усиливать действие пенициллина. В лечебной практике применяют экмоновоциллин — новокаиновую соль бензилпенициллина и 0,25% водный раствор экмолина в качестве растворителя (вводится только внутримышечно).

 

2.3. Определение чувствительности бактерий  к антибиотикам.

 

  Культуры микроорганизмов, выделенные у больных, в настоящее время обязательно проверяют на чувствительность к антибиотикам, используемым для лечения. Это позволяет более рационально проводить антибиотикотерапию. Проверка чувствительности микробов к антибиотикам тем более необходима, что в последние годы появились штаммы микроорганизмов, устойчивые к различным антибиотикам.

 
  Для определения чувствительности микробов к антибиотикам существуют различные методы, среди которых наиболее распространены методы диффузии в агар (метод дисков) и метод последовательных разведений в жидкой или плотной питательной среде.

 
  Метод диффузии в агар, или метод дисков. Испытуемую культуру засевают сплошным газоном на поверхность чашки Петри с мясопептонным агаром. Затем на поверхность агара помещают диски, пропитанные растворами антибиотиков.

 

  Диски готовят из специального картона диаметром 6 мм. Содержание антибиотика в диске указывается на этикетке и соответствует рекомендации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Действие антибиотиков оценивают по феномену задержки роста вокруг диска после инкубации в термостате при 37°С в течение 18—24 ч. В зависимости от диаметра зоны задержки роста различают степень чувствительности испытуемого штамма: чувствительные (более 10 мм), малочувствительные (менее 10 мм) и устойчивые (отсутствие зоны). Вместо дисков при определении чувствительности микробов можно использовать цилиндрики (фарфоровые или металлические), куда заливают растворы антибиотика разной концентрации.

 
  Метод последовательных разведений антибиотиков. Готовят серию двукратных разведений антибиотика в жидкой или плотной питательной среде, а затем в пробирки или на поверхность чашек Петри с каждым из разведений засевают испытуемую культуру микробов. После инкубации в термостате определяют минимальную подавляющую концентрацию антибиотика (МПК) по отсутствию роста в пробирке или на чашке с одним из разведений.

 

3. Бактериофаги.

 

  В 1915 г. Туорт заметил, что колонии стафилококка, растущие на агаре, становились прозрачными и исчезали. Перенос части такой разрушенной колонии в нормальную приводил к ее исчезновению. В 1917 г. Д'Эррель сообщил, что фильтраты испражнений больных дизентерией обладают способностью просветлять бульонные культуры дизентерийных бактерий. Д'Эррель объяснил наблюдавшееся им явление наличием в кишечнике человека и животного особого фильтрующегося вируса, способного разрушать, лизировать, бактерии. Он назвал его бактериофагом — пожирателем бактерий (от греч. phagein — пожираю).

  С помощью электронного микроскопа удалось снять нападение бактериофага на бактерию. На верхнем снимке частицы бактериофага окружили огромную (по сравнению с ними) бактерию. На нижнем снимке от бактерии уже ничего не осталось, а на ее месте — образовавшиеся частицы бактериофага.

  Заражение бактерии бактериофагом: 1 — вирус прикрепился к бактерии; 2 — ДНК вируса проникает в клетку бактерии; 3 — внутри клетки вирус начинает самовоспроизводиться (размножаться) за счет содержимого клетки хозяина; 4 — вокруг вирусных частиц образуются новые белковые оболочки; 5 — оболочка клетки лопается, вирусные частицы могут заразить новые бактерии.

 

  Фаги представляют собой мельчайшие частички, или корпускулы, состоящие из головки и хвоста (отростка), по форме напоминающие сперматозоид. У некоторых фагов отросток очень короткий или совсем отсутствует. Размеры фагов варьируют от 20 до 200 нм: диаметр головки достигает обычно 60—95 нм, длина отростка 250 нм, ширина 10—25 нм. Как и вирусы, фаги имеют наружную белковую оболочку и заключенную в головке нуклеиновую кислоту. У большинства фагов это двунитчатая ДНК, Однако обнаружены фаги, имеющие однонитчатую ДНК и даже РНК. Размеры молекулы ДНК во много раз превышают величину самого фага. 
  Наиболее изучены фаги кишечной палочки, имеющие сложное строение. Они состоят из головки, имеющей вид многогранника (кубический тип симметрии), и отростка — полой жесткой трубки, окруженной чехлом с капсомерами спирального типа укладки. На конце отростка имеется базальная пластинка с отходящими от нее нитями.

  По химическому составу частицы бактериофага являются нуклеопротеидами и состоят на 50— 60% из белка и на 40—50% ДНК.

 
  Фаги обладают специфичностью, которая заключается в их способности размножаться и вызывать лизис только бактерий определенного вида или типа. Различают моновалентные фаги, которые лизируют культуру бактерий определенного вида, и типовые фаги, лизирующие отдельные штаммы или варианты внутри одного и того же вида. Существуют и полифаги, которые могут вызывать лизис клеток родственных видов бактерий. Свойства специфичности фагов используют при лабораторной диагностике инфекционных заболеваний.

 
  Фаговые частицы, размножаясь в бактериальных клетках, засеянных сплошным газоном по поверхности плотных питательных сред, лизируют их и образуют «стерильные пятна». Такие пятна называют негативными колониями фага. У разных фагов они имеют строго определенную форму на микробном газоне: правильно округлую, звездчатую (дизентерийный фаг). Негативные колонии фага могут быть полностью прозрачны или состоят из прозрачного центра и мутной периферической зоны. При добавлении фага к жидким питательным средам, где культивируются чувствительные к нему бактерии, среда, бывшая до того мутной, просветляется.

 
  Устойчивость фага к внешним воздействиям достаточно велика. Он устойчив к обычно используемым концентрациям дезинфицирующих веществ: 1—2% раствору фенола, 0,5% раствору сулемы, 1,5% раствору лизола. Отмечено даже привыкание фага к азотной и серной кислотам. Он выдерживает нагревание до 70—75°С. Тем не менее образование фага задерживают цитраты и оксалаты, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи. Угнетающе действуют на фаг стрептомицин и полисахариды— гликоген и крахмал. В организме фаг сохраняется 10—13 дней.

 
  Происхождение и природа фага до сих пор остаются неясными. Живую природу фага доказывают его способность к размножению за счет бактерии-хозяина, приобретение устойчивости к воздействию внешних факторов, способность изменяться и давать продукцию энзимов (ферменты). О происхождении фагов имеются два мнения:

1) фаг является экзогенным паразитом  бактерий, существующим за счет  перехода от одних бактерий  к другим (болезнь бактерий);

2) фаг имеет эндогенное происхождение  из бактерий и представляет  собой одну из форм их развития. Предложена и компромиссная точка  зрения: фаги произошли из фильтрующихся  форм бактерий — эндогенно,  но после обособления стали  паразитами бактерий.

 

3.1. Взаимодействие фаг  с бактериями.

 

  При встрече фага и чувствительных к нему бактерий наблюдается несколько последовательных стадий, в результате которых происходит разрушение бактерий или их лизис.

 

  Заражение бактерии бактериофагом: 1 — вирус прикрепился к бактерии; 2 — ДНК вируса проникает в клетку бактерии; 3 — внутри клетки вирус начинает самовоспроизводиться (размножаться) за счет содержимого клетки хозяина; 4 — вокруг вирусных частиц образуются новые белковые оболочки; 5 — оболочка клетки лопается, вирусные частицы могут заразить новые бактерии.

  Адсорбция фага заключается в фиксации корпускул фага на специальных фаговых рецепторах, расположенных на клеточной стенке бактерий.

 

  После того как отросток фага прикрепился к специфическому рецептору клетки своими нитями, жесткая трубка цилиндра прокалывает клеточную стенку бактерии. В цитоплазматической мембране клетки образуется отверстие под действием фермента отростка, сходного с лизоцимом. Через это отверстие ДНК, содержащаяся в головке фага, впрыскивается через канал отростка в цитоплазму бактерии. Пустая оболочка фага в виде «тени» остается снаружи клетки. Количество фаговых частиц, которые могут быть адсорбированы бактериальной клеткой обусловлено площадью ее адсорбционной поверхности и величиной фага. Например, 1/3 поверхности бактерии размером 1*3 мкм может адсорбировать 300 частиц фага величиной около 100 нм.

 
  Латентный период наступает после проникновения ДНК фага в цитоплазму бактерии. Длительность этого периода зависит от системы фаг — хозяин. Так, для кишечной палочки и ее бактериофага Т2 он составляет 12 мин. В этот период фаг находится в скрытом, латентном состоянии, и, если даже разрушить клетку, то ДНК фага обнаружить невозможно.

 
  Период образования нового фага представляет собой очень сложный процесс, во время которого фаговая ДНК с невероятной быстротой «захватывает власть» в бактериальной клетке, подавляя ее синтезирующие механизмы. ДНК фага принимает на себя генетическое управление жизнедеятельностью бактерий, которые в своих рибосомах начинают синтезировать белки фага и фаговые оболочки. По матрице ДНК фага реплицируются, создаются ее молекулы. В конце латентного периода фаговые ДНК и белковые оболочки соединяются в цитоплазме бактерии и образуют зрелые частицы фага.

 
  Лизис клетки наступает приблизительно через 30 мин после прикрепления фага к поверхности бактерии. Полагают, что лизис вызывается или зависит от образования специального литического фермента, сходного с лизоцимом. Образовавшиеся корпускулы фага освобождаются и начинают новый цикл развития в других бактериальных клетках. Число вирусных частиц, образующихся в каждой инфицированной бактериальной клетке, примерно постоянно для определенной системы фаг — бактерия: от 20 до 200 и более. Это число называют выходом фага. Фаги, вызывающие лизис бактериальных клеток, называют вирулентными. В отличие от них существуют фаги, которые, проникая в бактерии, не разрушают их, а длительно в латентном состоянии присутствуют в них, размножаясь вместе с бактериальной клеткой. Такие фаги называют умеренными.