Про користь цвілі Лікувальний грибок, Журнал Популярна Механіка
Україна, 1860-ті роки. У Санкт-Петербурзі між лікарями розгортається спекотна дискусія: одні медики впевнені в небезпеці зеленої плісняви для людини, вважаючи її хвороботворним мікроорганізмом, інші ж, серед яких учні видатного лікаря та вченого Сергія Петровича Боткіна В'ячеслав Авксентійович Манассеїн та Олексій Герасимович . Для обґрунтування своїх доказів вчені проводять серію дослідів із зеленою пліснявою (інакше кажучи, з грибками Penicillium glaucum) і в 1871 майже одночасно спостерігають один і той же результат: в рідкому середовищі, де є плісняві гриби, не виростають бактерії. Терапевт Манассеїн пізніше повідомить, що у своєму експерименті він переконливо довів здатність цвілі пригнічувати зростання бактерій. Полотебнов зробить більш практичний висновок: гриби роду Penicillium здатні затримувати розвиток збудників шкірних захворювань людини, про що в 1873 році і розповість у своїй науковій роботі «Про патологічне значення зеленої плісняви». У ній пропонувалося лікувати інфіковані рани та виразки, обробляючи їх рідиною, в якій до того зростала пліснява. Треба сказати, що Полотебнов неодноразово перевіряв чудодійні властивості зеленої цвілі — спочатку на безнадійних пацієнтів, рятуючи життя життям, та був у повсякденній практиці — під час лікування гнійних наривів. І хоча наукова суперечка була в результаті вирішена на користь цвілі (підозрювати в ній збудника хвороб лікарі перестали), ці роботи на той час, на жаль, так і не отримали належної оцінки та подальшого розвитку.
Чудодійні гриби
Згадки про лікування гнійних захворювань цвіллю та антибіотичні властивості деяких інших речовин можна зустріти ще в працях Авіценни (XI століття) та Пилипа фонГогенгейма, відомого під назвою Парацельса (XVI століття).
За пеніциліном послідувало вивчення актиноміцину, стрептоміцину, відкриття хлорамфеніколу, тетрациклінів, еритроміцинів та інших антибіотиків. Вперше термін «антибіотик», що в перекладі означає «проти життя», запровадив 1942 року Зельман Абрахам Ваксман, народжений в Україні американський мікробіолог і хімік. Він сам відкрив чимало антибіотичних речовин і вигадав методи їх вивчення, а в 1952 році за відкриття стрептоміцину, першого антибіотика, що ефективно діє проти туберкульозу, теж був удостоєний Нобелівської премії.
Емблема катастрофи: Кліматична крива
Звіримо годинник?: Теорія відносності
До 60-х років минулого століття було отримано майже всі основні види антибіотиків. А сьогодні їх описано вже понад 10 000, з яких лише близько 200 використовується для лікування величезного спектру інфекційних захворювань, які вважалися раніше невиліковними або важковиліковними: запальних процесів (пневмонії, перитоніту, фурункульозу), різних форм туберкульозу. Більшість антибіотиків так і не знайшло застосування лікувальній практиці через токсичність, алергічні реакції, інактивацію в організмі хворого або інших причин.
Що таке антибіотик
Після того, як було накопичено достатньо знань про ці речовини та їх властивості, з'явилося загальноприйняте визначення поняття «антибіотик».
По-перше, це специфічні продукти життєдіяльності організмів (як правило, мікроскопічних грибків, рідше – мікробів і дуже рідко – рослин та тварин) або їх хімічні модифікації. Антибіотичні речовини можуть бути природними (створюваними живими організмами, наприклад пеніцилін) та штучно синтезованими сполуками.
По-друге, це речовини, які мають високуфізіологічною активністю по відношенню до певних груп мікроорганізмів (бактерій, грибів, вірусів, одноклітинних водоростей) або до ракових клітин. Це означає, що кожен антибіотик виявляє свою біологічну дію лише по відношенню до окремих, цілком певних організмів, не помітно впливаючи на інші форми живих істот. Подібна вибірковість виникає внаслідок відмінностей обміну речовин та структури клітин у різних представників живого світу.
Такі продукти життєдіяльності організмів, як аміак, спирт чи органічні кислоти, теж мають антимікробні властивості, проте антибіотиками не є, оскільки діють не вибірково. Наприклад, аміак, що виділяється уробактеріями, перешкоджає зростанню всіх інших бактерій, крім своїх творців, а найпоширеніший антисептик - спирт - повністю знищує всі без винятку мікроорганізми, незалежно від їхньої патогенності чи корисності. Інакше діють антибіотики. Добре відомо, що в нашому організмі живе і працює на нас безліч різноманітних мікроорганізмів. Коли в організмі починає розмножуватися хвороботворний мікроб, потрібен препарат, здатний з усього різноманіття мікроорганізмів вибрати та знищити тільки цього чужинця. Таку роль може виконати антибіотик. Але, призначаючи антибіотичний препарат, лікар повинен точно знати, якими саме мікроорганізмами (аж до роду та виду) спричинено захворювання. Адже метою для антибіотика можуть бути віруси, бактерії, гриби, водорості, найпростіші.
Є ще одна важлива відмінна властивість антибіотичних засобів. Воно полягає в тому, що антибіотики мають високу біологічну активність по відношенню до чутливих до них організмів навіть у дуже низьких концентраціях (для пеніциліну це0,000001 г/мл).
Класифікація
За понад півстоліття досліджень склалося кілька підходів до класифікації антибіотичних засобів, причому визначальну роль тут відіграють професійні інтереси вчених, які займаються цими проблемами. Можна розрізняти антибіотики за механізмом та спектром дії, за будовою або за тим, який організм їх виробляє. Розглянемо приклади механізмів дії різних класів антибіотиків з прикладу антибактеріальних препаратів.
Антибактеріальні засоби
У 1945 році Р. Вудворд, Д. Ходжкін та Р. Робінсон першими розшифрували структуру пеніцилінових антибіотиків, визначивши їх формули за допомогою рентгеноструктурного аналізу та хімічних методів. Пізніше, в 1961 році, Е. Абрахам і Г. Ньютон виділили з екстракту пліснявого грибка Cephalo-sporium acremonium новий антибіотик - цефалоспорин С. Він не знайшов широкого застосування, але до початку 1970-х на його основі був синтезований цілий спектр різних напівсинтетичних цефалоспори , що мають більшу активність і ширший спектр дії, ніж їх попередник. Антимікробна дія цефалоспоринів виявилася неймовірно схожою на дію пеніцилінових антибіотиків. Тому вчені припустили, що це пов'язано зі структурною особливістю даних речовин, а саме, з наявністю в молекулах однакового фрагмента. Ситуація остаточно прояснилася, коли 1981 року було відкрито принципово нові антибіотичні речовини — монобактами. Виявилося, що початкові припущення були вірними лише частково — помилка була у виборі фрагмента: за прояв такої високої біологічної активності цієї великої групи антибіотиків відповідає елемент всього чотирьох атомів. Це так зване бета-лактамне кільце - гетероциклічна структура, що складається з трьох атомів.вуглецю та одного атома азоту, складова частина молекул вищеперелічених препаратів, які інакше називають сімейством бета-лактамних антибіотиків.
Механізм дії таких антибактеріальних препаратів полягає у придушенні синтезу бактеріальної клітинної стінки. Після потрапляння антибіотика в клітину бактерія продовжує зростати, але її клітинна стінка, яка не має можливості добудовуватися, стає згодом дедалі тоншою і тоншою і врешті-решт лопається, що і призводить мікроорганізм до неминучої загибелі. Принципово важливо, що клітинна стінка бактерій має специфічну структуру, що відрізняється за складом від стінок клітин інших організмів (зокрема клітин людини). Це забезпечує можливість вибіркової дії антибіотичних речовин без загрози «невинним» клітинам.
Наступний клас антибіотиків використовує інший метод боротьби - пригнічення бактерій синтезу білка. Такий синтез відбувається на спеціальних частках, названих рибосомами. Там окремі амінокислоти, доставляемые молекулами-переносчиками — транспортними РНК, послідовно одна одною з'єднуються в білок. Один із основних механізмів придушення синтезу білка полягає в наступному. Коли в клітину проникає антибіотик, він приєднується до рибосоми так, щоб перешкодити надходженню до неї транспортних РНК. У результаті порушується робота рибосом і, як наслідок, зупиняється збирання білка. Такий механізм дії антибіотиків уперше було встановлено у 1950 році.
В даний час до антибактеріальних препаратів, що пригнічують синтез білка, відносять класи тетрациклінів, аміноглікозидів і макролідів та інших антибіотиків (наприклад, хлорамфенікол). Головний антибіотик аміноглікозидного ряду – стрептоміцин – було відкрито З.А. Ваксманом у 1944 році в результаті ретельноспланованої програми пошуку антибактеріальних препаратів Унікальність дії стрептоміцину та інших аміноглікозидів полягає в тому, що вони не тільки повністю пригнічують синтез білкових речовин, але можуть порушувати послідовність амінокислот в білку, викликаючи утворення дефектних білків. Їхнє накопичення в клітині може призводити до неправильної роботи клітинних систем та загибелі бактерії.
Ми розглянули лише два найважливіші механізми дії антибіотичних засобів. Інші групи антибіотиків також змінюють, уповільнюють або пригнічують життєво важливі процеси, що відбуваються в мікроорганізмі, такі як синтез головних складових клітини — білків, клітинної стінки, ДНК.
Гонка озброєнь
Не минуло й 10 років після початку застосування пеніциліну, як 70% стафілококів вже виявляли стійкість до нього. А через 25 років перші пеніциліни майже повністю втратили здатність боротися з інфекціями. Цей процес неминучий і у зв'язку з широким застосуванням антибіотиків набуває великого значення.
Боротися з антибіотиками мікробам допомагає їхня численність. Якщо кілька мікроорганізмів завдяки якимось випадковим мутаціям зможуть знешкодити молекули антибіотика, що потрапили в них, а у їхніх нащадків механізм боротьби з антибіотиком ще вдосконалиться (наприклад, вони почнуть синтезувати більше ферменту, що руйнує активний центр молекули антибіотика), рано чи пізно більшість мікробів цього виду виявляться стійкими навіть до високих концентрацій цього антибіотика. Поява стійких штамів мікроорганізмів прискорюється безконтрольним прийомом антибіотиків при самолікуванні і тим, що лікарі часто призначають пацієнтам антибіотики, коли в них немає необхідності.
У 1981 році була заснована існуюча і досі організаціяМСРПА - Міжнародний союз за розумне застосування антибіотиків, а через 20 років з'явився документ під назвою "Глобальна стратегія ВООЗ щодо стримування резистентності до протимікробних препаратів".
Дотримуючись стратегії ВООЗ, органи охорони здоров'я будь-якої держави щорічно готують списки антибіотичних препаратів для застосування «тільки за призначенням» з урахуванням їхньої протимікробної активності та поширеності стійких до них мікроорганізмів. Крім основного, завжди існує і так званий «резервний список» антибіотиків, не призначених для широкого застосування. Їх «бережуть» на крайній випадок, коли потрібно знищити штам, який набув раніше стійкості до препаратів основної групи. У сучасних умовах нехтування цими правилами в одному регіоні може призвести до поширення стійкої інфекції по всьому світу. Тому безсистемне використання антимікробних засобів наближає той час, коли не залишиться жодного штаму мікроорганізмів, на які зможе вплинути хоча б один із кількох тисяч відомих нам антибіотиків. Тоді нам доведеться розраховувати лише на власний імунітет. Але це вже тема для наступного оповідання.