Биотехнологические методы получения ЛС на основе культур клеток растений имеют широкое распространение, поскольку по 2 страница

• Начало синтеза антибиотика совпадает со снижением показате­лей углеводов, азота. Скорость роста биомассы снижается.

• Торможение прироста биомассы (после 59 ч от начала процесса) совпадает с интенсификацией биосинтеза антибиотика.

В данном процессе необходимо учитывать:

• исчерпание компонентов среды с учетом скорости их потребле­ния; в процессе ферментации остались практически неиспользо­ванными азот и углеводы; зависимость биомассы от активности продуцента (удельная активность) минимальная;

• влияние параметров на окончание процесса; истощения среды нет, но есть автолиз, параметры процесса не сбалансированы, наблюдается защелачивание среды и снижение активности био­синтеза антибиотика;

• возможность продления активной фазы процесса для увеличения выхода антибиотика. Для этого необходимо увеличить массообмен клеток и усилить их дыхание, это можно сделать, если уве­личить число оборотов мешалки ферментера, усилить барботаж и аэрацию в целом.

 

ЗАДАЧА 12

Определите оптимальные параметры ведения процесса биосинте­за противоопухолевого антибиотика рубомицина на основе анализа…

 

Вариант ответа

• Продолжительность лаг-фазы составляет 1-10 ч, в этот период наблюдают слабую утилизацию субстрата, биомасса растет слабо. Это фаза адаптации.

• Прирост биомассы максимальный на 35 ч роста. Трофофаза (фаза роста) продолжается до 35-го часа от начала процесса и характе­ризуется снижением значения рН, снижением содержания азота, снижением содержания углеводов. В этой фазе происходит актив­ное потребление всех компонентов среды, процесс интенсивный, кривые более крутые.

• Начало синтеза антибиотика совпадает со снижением показа­телей потребления углеводов и азота, скорость роста биомассы замедляется.

• Торможение прироста биомассы совпадает с интенсификацией биосинтеза антибиотика. Максимальная скорость биосинтеза совпадает с началом стационарной кривой по биомассе.

В данном процессе можно выделить следующие особенности:

• компоненты среды почти полностью исчерпаны;

• процесс имеет высокую удельную активность биосинтеза анти­биотика;

• оптимальное влияние параметров на окончание процесса;

• в целях увеличения выхода антибиотика и повышения рентабель­ности процесса можно продлить время ферментации, применяя азотно-углеводную подпитку.

 

ЗАДАЧА 13

Биотехнология как наука и производство основана на использо­вании определенных агентов и процессов для воздействия на живую…

Вариант ответа

Современная биотехнология решает многие проблемы в части фармации по созданию новых эффективных и безопасных ЛС, профилактических препаратов и различных диагностикумов. Зна­чительная часть фармацевтической продукции сегодня полностью или частично относится именно к биотехнологическому производ­ству. Номенклатура лекарственных препаратов, полученных на осно­ве биообъектов, в силу объективных причин имеет тенденцию к своему расширению. В категорию лекарственных препаратов био­технологического производства входят:

• собственно Л С — аминокислоты и препараты на их основе, анти­биотики, ферменты, коферменты, кровезаменители и плазмозаменители, гормоны стероидной и полипептидной природы, алкалоиды;

• профилактические средства — вакцины, анатоксины, интерфероны, сыворотки, иммуномодуляторы, нормофлоры;

• диагностические средства — ферментные и иммунные диагностикумы, препараты на основе моноклональных антител и иммо­билизованных клеток.

В современном представлении «биотехнология» — это направле­ние научно-технического прогресса, использующее биологические процессы и агенты для целенаправленного воздействия на природу, а также для промышленного получения полезных для человека про­дуктов, в том числе ЛС.

Биотехнология позволяет организовать не только рентабельное, экологичное, стабильное и качественное производство ЛС, но и развивать науку на самых ее передовых рубежах: это геномика и протеомика, сигнально-коммуникативные системы, антисмысловые олигонуклеотиды и т.д.

В историческом аспекте биотехнология прошла три этапа: эмпи­рический, научный (родоначальник — Л. Пастер), современный.

Под термином «агенты» понимают биообъекты как продуценты (источник ЛС) и ферменты (биокатализаторы). Процессы означают продуцирование (биосинтез) либо биотрансформацию (биокатализ). В качестве примера биообъектов-продуцентов можно привести грибы (эукариоты), актиномицеты и бактерии (прокариоты); в качестве при­мера промышленного биокатализатора — аминоацилазу, используемую при получении 6-АПК как основы для создания полусинтетических антибиотиков (метициллина, карбенициллина, оксициллина и т.д.).

Схема биотехнологического производства включает:

• исходное сырье, энергетические ресурсы, квалифицированный труд;

• биообъект (продуцент, фермент);

• ферментер (биореактор);

• ферментация (биокаталитическая реакция); •БАВ;

• побочные продукты, отходы производства.

Примеры биообъектов и их целевых антибиотических продуктов:

• грибы-продуценты β-лактамов;

• Penicillium chrysogenum — пенициллины;

• Acremonium chrysogenum — цефалоспорины;

• актиномицеты, Streptomyces — аминогликозиды;

• бактерии Bacillus Micromonospora polymyxa — полимиксин;

• Bacillus brevis — грамицидин и т.д.

ЗАДАЧА 14

Существуют вполне определенные требования и условия для соз­дания и развития биотехнологического производства ЛС…

Вариант ответа

Из определения биотехнологии следует, что основным инструмен­том получения или модификации ЛС является биообъект. Именно поэтому биообъект это продуцент, биосинтезирующий нужный про­дукт, либо фермент, катализирующий присущую ему реакцию. Для использования активно функционирующего биообъекта необходимо знать его свойства с целью его совершенствования. Все биообъекты можно подразделить на:

• макрообъекты (человек, млекопитающие, рептилии, рыбы, насе­комые, растения);

• микрообъекты (эукариоты — низшие грибы, водоросли, кроме нитчатых; прокариоты — актиномицеты, бактерии, сине-зеленые водоросли);

• микробиосистемы (ферменты, протопласты).

Выбор биообъекта зависит от его конкретных свойств, таких, как безвредность, устойчивость к фагам и вирусам, активность био­синтеза, скорость роста и накопление биомассы, стабильность по производительности, чувствительность к условиям культивирования (аэрация, рН, температура), потребность в источниках углеводов и азота, использование дешевых и доступных питательных сред, соот­ветствие условиям промышленного производства (отсутствие непри­ятного запаха, невысокая вязкость среды).

Повышение биосинтетической активности биообъекта возмож­но прежде всего благодаря использованию методов мутагенеза и селекции. Методы современной селекции сочетаются с применени­ем генной инженерии, которая манипулирует ДНК, изменяя либо число и порядок расположения генов, либо проводя внутригенные изменения. Важной характеристикой мутантов является их способ­ность к реверсии (обратное мутирование). Типы мутаций: делеция, дупликация, амплификация и др.

Проблема безопасности в работе с продуцентами на физическом уровне предполагает понижение давления внутри ферментера для предотвращения возможного выброса культуральной жидкости во внешнюю среду. На биологическом уровне это прежде всего неукос­нительное соблюдение правил GMP, одновременно можно, напри­мер, сделать биообъект «капризным» в отношении компонентов пита­тельной среды, тогда во внешней среде без них он существовать не сможет.

ЗАДАЧА 15

Как известно, при использовании клеточной инженерии при создании новых продуцентов широко применяют методику…

 

Вариант ответа

Одним из способов модификации биообъекта с целью усиления его функциональной активности является метод клеточной инже­нерии.

Клеточная инженерия — это техника обмена фрагментами ДНК, участками хромосом у прокариот и участками и целыми хромосома­ми у эукариот независимо от степени эволюции.

Для получения гибридных клеток применяют технику протопластирования, которая включает следующие этапы:

• выбор биообъектов (прокариот, эукариот);

• обработку клеточных стенок ферментами;

• стабилизацию протопластов (10% гипертонический раствор ман-нита, сахарозы, хлорида натрия);

• слияние протопластов в среде ПЭГ; для облегчения фузии клетки обрабатывают солями металлов, ферментами или быстро меняют температуру, т.е. делают их компетентными; при слиянии (фузии) получается протопласт с двумя наборами хромосом — диплоид­ный набор (рекомбинация ДНК);

• регенерацию (восстановление стенки протопласта). Полученный гибрид засевают на плотную питательную среду. Чтобы отличить гибридную клетку от негибридной, необходимо на 4-й ста­дии включить еще один протопласт, несущий маркер. Маркер — это участок гена, кодирующий образование какого-либо фермента, кото­рый «заявляет» о себе при высеве на питательную среду. Например, маркер β-лактамаза. Если в питательной среде находится бензилпенициллин, то вырастут только клетки, содержащие β-лактамазу, а это могут быть только клетки-гибриды. При протопластировании и слиянии протопластов может происходить явление амплификации (увеличения) количества генов. Например, если амплифицируется ген, ответственный за синтез целевого продукта, то выход последнего (витамины, гормоны, антибиотики) соответственно увеличивается.

 

ЗАДАЧА 16

В современной биотехнологии при создании ЛС особое место отводится генной инженерии, суть технологии которой заключается…

Вариант ответа

Цели генной инженерии — создание новых продуцентов целевых продуктов (новые ЛС, диагностические и профилактические пре­параты).

Суть технологии — соединение фрагментов ДНК in vitro с последу­ющим введением изолированной ДНК в живую клетку посредством ферментов эндонуклеаз, в частности рестриктаз.

Техника генно-инженерного эксперимента.

• Получение чужеродного фрагмента ДНК для последующей встав­ки его в клетку хозяина.

• Выделение плазм иды из клетки-донора (например, Е. coli).

• Конструирование рекомбинантной плазмиды (вектора). Вектор-рекомбинант (плазм ида в виде фага или изолированной ДНК, или вируса) получают с помощью фермента рестриктазы, раз­резающей фосфодиэфирные связи в строго определенном месте последовательности оснований нуклеотидной цепи (сайт узна­вания). При этом образуется два липких конца. Далее следует стадия отжига — процесс смещения двух фрагментов ДНК, при котором восстанавливаются только водородные связи. Для восстановления фосфодиэфирных связей используют ферменты ДНК-лигазы, которые «сшивают, склеивают» молекулы ДНК.

• Включение вектора в клетку хозяина. Вектор включается в клетку хозяина при условии, если цитоплазматическая мембрана близ­ко подходит к клеточной стенке, тогда вектор проникает внутрь клетки через так называемые окошечки, которые образуются при обработке ее ферментами, в результате чего эта клетка становится компетентной.

• Отбор гибридных клонов. Проводят посев на питательную среду, содержащую, например, антибиотик бензилпенициллин. Приэтом вырастают только клоны, имеющие в своем геноме ген-маркер, кодирующий синтез, например, фермента β-лактамазы. Ген-маркер заранее внедряется в геном гибридной плазмиды. В процессе образования молекулы мРНК имеет место процесс сплайсинга (сращивания). У эукариот, в отличие от прокариот, ген представляет собой мозаичную структуру, содержащую наряду с экзонами (последовательности оснований, несущие информацию) интроны (последовательности оснований, не несущие информацию). Однако фермент РНК-полимераза катализирует транскрипцию как экзонов, так и интронов. В процессе сплайсинга у эукариот интроны с помощью ферментов вырезаются, а экзоны после удаления интро­нов сращиваются. При этом образуется функционирующая (зрелая) мРНК. У прокариот нет такого процесса (так как их гены не содер­жат интроны), и образующаяся в результате транскрипции молекула мРНК сразу же способна к функционированию.

ЗАДАЧА 17

Возникновение таких новых дисциплин, как геномика и протео-мика, является настоящим прорывом в биологии и имеет большое…

Вариант ответа

Согласно целям и задачам различают структурную, сравнительную и функциональную геномику. Структурная геномика занимается иден­тификацией геномов клеток и отдельных структурных генов по опреде­ленным характеристикам: общее количество генов в геноме и их после­довательность, молекулярная масса, нуклеотидная последовательность в каждом гене. Эти характеристики относятся к геному-хромосоме у прокариот и к каждой из хромосом у эукариот. Сравнительная гено­мика получает сведения о степени гомологии родственных генов, что позволяет ответить на вопрос об эволюционной близости одного орга­низма другому. Она также позволяет вести поиск ингибиторов какого-либо гена (вернее, кодируемого им белкового продукта) у патогенного микроорганизма с целью создания на их основе ЛС, однако при этом необходимо знать, есть ли ген с такой или близкой последовательно­стью нуклеотидов в организме хозяина. Таким путем можно определять также степень безопасности ЛС. Функциональная или метаболическая геномика устанавливает связь между геномом и метаболизмом, кла­стерами генов и многоступенчатыми метаболическими процессами, отдельными генами и конкретными метаболическими реакциями (в этом случае имеются свои специализированные базы данных).

Практическим применением достижений геномики является генотерапия. Для реализации возможностей генотерапии требуется предварительное создание рекомбинантной генетической конструк­ции с нормальной копией дефектного гена, а также создания для этой конструкции вектора, переносящего ее в клетки организма пациента. Векторы строятся на основе ретровирусов или аденовирусов и их генетических модификаций с тем условием, чтобы при сохранении способности проникать в клетку они теряли бы способность к авто­номной репликации. Современная генотерапия направлена только на соматические клетки. Генотерапия ex vivo предполагает введение путем трансфузии или трансплантации исправленных копий дефект­ного гена, предварительно извлеченных из клеток организма пациен­та. В этом случае снимается проблема отторжения клеток и необходи­мость проведения терапии иммуносупрессорами. При генотерапии in vivo осуществляется доставка в ткани пациента нормального, но выделенного из клеток другого организма гена (чужеродного).

Антисмысловые олигонуклеотиды — ЛС XXI века, представляющие собой комплементарную для определенного участка гена последо­вательность нуклеотидов (длиной 15-20 нуклеотидов), которая за счет водородных связей будет реагировать или с ДНК гена, или с его иРНК, матрицей для которой служит вышеуказанная ДНК. Такие ЛС могут использоваться в случае гиперпродукции нормального функ­ционально активного белка, что является причиной некоторых как наследственных, так и ненаследственных заболеваний.

Подавление образования избыточного белка в случае применения антисмысловых олигонуклеотидов будет происходить либо на стадии транскрипции (реакция с ДНК), либо на стадии трансляции (реак­ция с иРНК). В качестве защиты от эндонуклеаз клетки предлагают «упаковку» таких нуклеотидов в липосомы.

 

ЗАДАЧА 18

Современный скрининг ЛС предполагает получение новых ЛС, более эффективных и безопасных…

Вариант ответа

Успехи молекулярной биологии в развитии таких направлений, как геномика и протеомика, позволяют исследователю при исполь­зовании соответствующих международных баз данных получать сведения о каждом гене, входящем в геном тест-объекта, получить любой ген в изолированном состоянии, копировать его с помощью ПЦР и на полученной таким образом матрице нарабатывать сначала информационную РНК (иРНК), а затем уже в бесклеточной рибосом-ной системе и специфический для этого гена белок. Данный белок рассматривают как таргет, т.е. мишень для оценки на молекулярном уровне потенциальных биологически активных агентов как природ­ных, так и синтетических соединений. Используя такой метод скри­нинга, можно целенаправленно вести поиск ингибиторов функций продукта конкретного гена. Таким образом, таргетный скрининг ЛС начинается не с клетки, а с конкретного гена в качестве тест-объекта. Предпочтение тому или иному гену отдают исходя из задачи (какого рода ЛС мы хотели бы получить) и с учетом данных струк­турной, сравнительной и метаболической геномики. В дальнейшем отобранные таким образом БАВ должны быть испытаны на пред­мет клеточной проницаемости, достижения мишени, токсичности и т.д. В качестве частного случая можно указать на перспективность использования таргетного скрининга при поиске «молчащих» или скрытых генов вирулентности (ivi -генов). С учетом проблемы обнару­жения этих генов in vitro используют метод так называемого захвата чужого промотора (IVET). Суть метода представлена ниже.

• Геном патогенной бактерии «режется» рестриктазами на сотни фрагментов x₁, х₂, х₃... x_n.

• Каждый фрагмент соединяется с лишенным промотора геном хлорамфеникол-ацетилтрансферазы: x₁-cat, x₂-cat... х_n-cat.

• Далее к этой генно-инженерной конструкции присоединяется лишенный промотора лактозный оперон: х₁-cat-lac Z... x_n-cat-lac Z. Представленная комбинация включается в плазмиду. Получается набор плазмид, различающихся только по фрагменту «х» генома сальмонеллы.

• Наборы плазмид вводят в клетку Е. coli и получается ряд различ­ных штаммов Е. coli с разными частями генома сальмонеллы.

• Производят внедрение Е. coli в организм лабораторного животно­го (мыши) с одновременным введением ей хлорамфеникола.

• Через сутки из ткани животного на твердую индикаторную среду с лактозой высевают бактериальную культуру.

• Анализ колоний. Красные колонии (90%) и бесцветные колонии (10%). Если на индикаторной среде с лактозой выросла бесцвет­ная колония, значит на искусственной питательной среде данный промотор (промотор лактозного оперона) не работал, и ген во фрагментах x₁, х₂, х₃,... х_п не экспрессировался. Именно здесь и нужно искать ivi -гены, т.е. гены вирулентности.

 

ЗАДАЧА 19

Развитие резистентности сегодня является настолько серьезной проблемой лекарственной терапии, что грозит вернуть человечество…

 

Вариант ответа

Формирование в бактериальной клетке защитных механизмов и обусловило возникновение «генов резистентности» как в хромосоме, так и в плазмиде. Плазм иды с генами резистентности к антибиоти­кам получили название R-плазмид (старый термин — R-факторы). Конъюгация и репликация плазмид в большом количестве клеток с учетом их многокопийности делают возможным развитие «инфек­ционной резистентности», т.е. «заражения резистентностью» одних клеток другими. Причина появления изоферментов с β-лактамазной активностью состоит в том, что микробная клетка защищает себя от антибиотика за счет мутаций в гене, кодирующем последовательность аминокислот в ферменте-мишени, другими словами, в структурном гене этого фермента. Происходит расщепление р-лактамного кольца, и антибиотик теряет свою активность.

Мутировавшие хромосомные гены также могут оказаться в плаз-мидах и быть переданы в другие клетки, но в этом случае переноса резистентности не будет, так как свои хромосомные гены, преобладая над чужими (плазмидными), обеспечивают антибиотикочувстви-тельность и не дают развиться антибиотикорезистентности. Большую роль в процессе антибиотикорезистентности играют транспозоны как генетические элементы ДНК, способные к самостоятельному перемещению не только в пределах одного репликона, но и вне его. При этом они могут нести на себе детерминанты устойчивости к антибиотику, например к канамицину, хлорамфениколу, тетрациклину, эритромицину. Экспрессия генов такого транспозона приво­дит к лекарственной устойчивости. Иногда в одной плазмиде лока­лизуются несколько генов, кодирующих ферменты, воздействующие на антибиотики разных групп. На основании этого факта возникло понятие полирезистентности микроорганизмов.

Полирезистентные штаммы возбудителей инфекций представляют серьезную проблему в инфекционной клинике, вызывая так называемую госпитальную инфекцию, когда возникает устойчивая резистентность со стороны возбудителей различных инфекционных заболеваний к исполь­зуемым антибиотикам, и антибиотики теряют свою активность.

ЗАДАЧА 20

Как известно, под названием «антибиотики» объединены веще­ства, образуемые одними микроорганизмами для подавления роста…

Вариант ответа

Скрининг (поиск и отбор) продуцентов антибиотиков может быть ненаправленным (первичным), когда отбирают наиболее активные микроорганизмы-продуценты по способности продуцировать анти­биотики или другие БАВ. Направленный скрининг — поиск и отбор продуцентов антибиотиков определенного химического строения или с определенным механизмом антагонистического действия.

Схема скрининга:

• приготовление стерильных питательных сред;

• приготовление почвенной суспензии;

• посев на агаризованную среду;

• выделение микроорганизмов-продуцентов антибиотиков в виде чистых культур;

• хранение микроорганизмов-продуцентов и оценка их способно­сти продуцировать антибиотики.

Образцы почв с большим разведением высевают на твердые пита­тельные среды в чашках Петри, чтобы получить фактически из одной клетки штамм почвенных микроорганизмов (штамм — это культура, выросшая из одной клетки). Далее определяют физиологические параметры штамма, его антибиотическую активность, которую оце­нивают по зоне отсутствия роста на твердых питательных средах тех или иных бактерий вокруг посеянного штриховым способом изучаемого штамма, или по зоне отсутствия роста вокруг лунки в агаре, или же вокруг впаянного в агар металлического цилиндра (без дна), заполненного культуральной жидкостью исследуемого штамма. Существует два варианта определения антибиотической активности на основе метода диффузии в агар с последующим сравнением разме­ров зон угнетения роста тест-организмов, образующихся при испыта­нии растворов стандартного образца и испытуемого препарата:

• трехдозный, когда для проведения анализа готовят по три кон­центрации растворов стандартного и испытуемого образцов;

• однодозный с использованием стандартной кривой в полулога­рифмической сетке. В чашках Петри с тест-организмом вырезают лунки диаметром 8 мм или ставят цилиндрики, в которые вносят пипетками опытные растворы и стандартные образцы в объеме 0,05 мл; чашки термостатируют 18 ч при 37 °С.

Расчет активности производят в соответствии с ГФ (издание XI, вып. 2, 1990 г., с. 210).

При сравнении антибиотиков с антисептиками прежде всего необ­ходимо отметить избирательность действия первых на метаболизм (из нескольких тысяч реакций они подавляют одну или несколько). Кроме того, антибиотики высокоактивны и угнетают рост микроор­ганизмов в концентрации порядка 1 мкг/мл или меньше.

 

ЗАДАЧА 21

Важнейшая группа антибиотиков, образуемых плесневыми гри­бами и объединенных под общим названием β-лактамные…

Вариант ответа

Важнейшая группа антибиотиков, образуемых грибами (пени-циллины и цефалоспорины), объединена под общим названием β-лактамных антибиотиков. Основной частью химической структу­ры, определяющей их антимикробную активность, является четы­рехчленное β-лактамное кольцо (циклический амид). При обра­зовании р-лактамного кольца замыкается связь между углеродом карбоксильной группы аминокислоты и азотом аминогруппы при β-углеродном атоме.

Плесневые грибы как продуценты β-лактамных антибиоти­ков относятся к многочисленным почвенным микроорганизмам-эукариотам, имеющим окруженное мембраной ядро. У них также присутствуют субклеточные структуры — митохондрии с фермен­тами, катализирующими биоэнергетические процессы. Клеточная стенка состоит из хитина с остатками аминосахаров. Клетки плес­невых грибов формируют различные виды мицелия и отличаются от бактериальных клеток более сложной организацией, большими размерами и длительным циклом развития (6—7 сут).

β-Лактамные антибиотики образуются двумя родами плесневых грибов: Penicillium (пенициллины) и Cephalosporium (цефалоспори­ны) или Acremonium. Широко известны два продуцента р-лактамов: Penicillium chrysogenium и Acremonium chrysogenium. Первый образует бензилпенициллин, второй — цефалоспорин О. У пенициллинов с β-лактамным кольцом сконденсировано пятичленное кольцо, а у цефалоспоринов — шестичленное.

Предназначение антибиотиков в почвенных биоценозах: средства выживания в борьбе за питательные вещества и т.п., антистрессорные средства, эффекторы образования мицелия или спорообразования.

Механизм действия β-лактамных антибиотиков на бактериальную клетку заключается в их способности ингибировать синтез пептидогликана клеточной стенки на последнем этапе, подавляя активность фермента транспептидазы, который соединяет концы пептидных цепочек. β-Лактамный антибиотик связывается с активным центром фермента, инактивируя его. В этом случае пептидные цепочки не замыкаются. В результате клетка или лизируется, или переходит в спорообразование.

Механизм биосинтеза. Предшественники р-лактамных антибиоти­ков — аминокислоты, которые в результате ферментативных реак­ций преобразуются в β-лактамную структуру. Началом формирования β-лактамной структуры считают синтез LLD-трипептида из трех L-аминокислот: L-аминоадипиновой кислоты, L-цистеина и L-валина. В образовании LLD-трипептида участвуют специфические ферменты, замыкающие пептидные связи и ферменты, превращаю­щие L-валин в его оптический антипод — D-валин. Затем LLD-трипептид превращается в моноциклический β-лактам. Следующий этап — появление серосодержащего пятичленного кольца, скон­денсированного с β-лактамным. Далее ферментативные реакции с образованием бензилпенициллина или цефалоспорина О. В первом случае в реакцию вступает ФУК и образуется бензилпенициллин, освобождается аминоадипиновая кислота и кофермент А. Во втором случае происходит «экспансия», расширение пятичленного кольца в шестичленное, катализируемое ферментом «экспандазой», после чего формируется молекула цефалоспорина О.

ЗАДАЧА 22

Актиномицеты являются продуцентами огромного количества антибиотиков. Ряд представителей родов Streptomyces и Micromonospora…

Вариант ответа

Особенность актиномицетов заключается в том, что они в эво­люционном отношении ближе к бактериям (прокариотам), чем к грибам, хотя являются многоклеточными организмами и имеют сложный цикл развития (5-6 сут). Однако их геном не заключен в ядро и представляет собой кольцевую хромосому, не отделенную от цитоплазмы ядерной мембраной; не содержат они и митохондрий. Клеточная стенка актином ицетов состоит из гетерополимера — пептидогликана.

В молекуле аминогликозидов обязательно присутствуют остаток шестичленного аминоциклитола и остатки Сахаров или аминосахаров. Ряд видов, относящихся к родам Streptomyces и Micromonospora,

образуют природные антибиотики: стрептомицин, гентамицин, неомицин, канамицин и др. с широким спектром антибактериального действия. Кроме природных, в клинической практике использу­ют также и полусинтетические аминогликозидные антибиотики. Например, антибиотики тетрациклиновой структуры: хлор-, окси- и тетрациклин со структурой из 4 циклов различаются только по «верхней» части, нижняя часть структуры молекулы у них одинакова. Химическая модификация верхней части тетрациклиновой струк­туры позволила получить полусинтетические тетрациклины — доксициклин и миноциклин (первый с пролонгированным действием, второй — с более высокой антибактериальной активностью).

Молекула антибиотиков макролидпой структуры содержит макро-циклическое лактонное кольцо, соединенное с сахарами и/или аминосахарами. Природные макролиды это эритромицин (Stretomyces erythraeus) и олеандомицин (Streptomyces antibioticus). Они эффективны только против грамположительных бактерий (антибиотики узкого спектра действия). Антибиотики сложной анзамициновой структуры (Streptomyces mediterranei) с нафталиновым ядром и длинной алифати­ческой цепью, соединенной с ароматической частью эфирной и амидной связью, представлены полусинтетическим антибиотиком рифампицином (применяют при лечении туберкулеза). Представители рода Streptomyces (Streptomyces nourasei) образуют полиеновые антибиотики (полиеновые макролиды). У них макроциклическое лактонное коль­цо содержит ряд сопряженных двойных связей. К этим антибиотикам относятся нистатин (тетраендиен) и амфотерицин В (гептаен). В их молекуле присутствуют также аминосахара. Это антигрибковые пре­параты, которые являются достаточно токсичными, и поэтому их используют в основном для наружного применения. Актиномицеты образуют и противоопухолевые антибиотики: блеомицин — гликопептид (Streptomyces verticillius). Антрациклины (дауномицин, адриамицин) имеют структуру, сходную с тетрациклинами, но ни по спек­тру антибиотического действия, ни по применению в клинической практике они не похожи. Механизм действия аминогликозидов — ингибирование синтеза белка у бактерий посредством связи с малой рибосомной субъединицей. При этом нарушается правильность счи­тывания кодонов иРНК антикодонами тРНК.