Классификация антибиотиков

Первоначально антибиотики делили на группы, исходя из источников их выделения (пенициллины, стрептомицины, цефалоспорины и др.).

В настоящее время в медицине применяется классификация антибиотиков по спектру действия.

• Антибиотики, действующие только на грамположительные микробы (стафилококки, стрептококки, пневмококки и др.). Спектр их действия сравнительно узкий. К ним относятся бензилпенициллин, эритромицин, альбомицин, грамицидин С, бацитрацин и др.

• Антибиотики, действующие как на грамположительные, так и на грамотрицательные организмы (кишечная палочка, палочка дифтерии или брюшного тифа и др.). Это антибиотики широкого спектра действия. К ним относятся стрептомицин, хлоромицин, тетрациклины, неомицин, канамицин и др. Грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы различаются окраской их протоплазмы при действии красителей - генцианового фиолетового или метилового фиолетового либо йода. Грамположительные микроорганизмы образуют окрашенный комплекс, не обесцвечивающийся под действием спирта (окраска по Граму); грамотрицательные микроорганизмы не окрашиваются.

• Антибиотики, действующие на грибки. К ним относятся группа полиеновых антибиотиков (нистатин, кандицидин, трихомицин и др.), антимицин и др.

• Антибиотики, действующие как на микроорганизмы, так и на опухолевые (раковые) клетки, - актиномицины, митомицин, саркомицин, азасерин, пуромицин и др.

Химическая классификация позволяет изучать зависимость между химической структурой, физико-химическими свойствами и механизмами действия антибиотиков. При этом природные и полусинтетические антибиотики могут быть разделены на следующие группы:

- антибиотики алициклического строения (тетрациклины);

- антибиотики ароматического ряда (группа левомицетина);

- антибиотики гетероциклической структуры (пенициллины, цефалоспорины);

- антибиотики-аминогликозиды (стрептомицин, канамицин, гентамицин, амикацин);

- антибиотики-макролиды (эритромицин, азитромицин).

Получение антибиотиков

Антибиотики тетрациклинового и пенициллинового ряда, антибиотики-гликозиды получают микробиологическим синтезом на основе плесневых или лучистых грибов. Это неустойчивые соединения, которые выпускаются в виде стерильных порошков для инъекций или в ампулах.

Полусинтетические антибиотики (полусинтетические пенициллины, цефалоспорины, тетрациклины) получают сочетанием микробиологического и химического синтеза (химической модификацией природных антибиотиков). Как правило, эти вещества более стабильны по сравнению с природными и их выпускают в виде таблеток, капсул, суспензий.

Для получения синтетических антибиотиков, имеющих несложную химическую структуру (левомицетин и его производные), применяют химический синтез из органических соединений.

Промышленный микробиологический синтез включает несколько стадий:

- выбор высокопроизводительных штаммов продуцента (до 45 тыс. ЕД/мл) и питательных сред для него;

- процесс биосинтеза;

- выделение антибиотика из культуральной жидкости и его очистка.

Природные штаммы в большинстве своем малоактивны и не могут использоваться для промышленных целей. Поэтому после отбора наиболее активного природного штамма для повышения его продуктивности применяют различные мутагены, вызывающие стойкие наследственные изменения. Эффективными мутагенами являются мутагены физической природы - ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, быстрые нейтроны или химические веще-

ства. Использование мутагенов позволяет не только повысить продуктивность природного штамма, но и получать штаммы с новыми неизвестными для природного микроорганизма свойствами.

Большое значение для биосинтеза антибиотика имеет подбор рационального состава питательных сред.

Выбор метода выделения антибиотика из культуральной жидкости зависит от его химической природы. Это может быть адсорбция на различных адсорбентах, ионный обмен на различных катионои анионообменниках, экстракция различными органическими растворителями из раствора с тем или иным значением рН, осаждение. Очистка антибиотика производится хроматографическими методами (хроматография на оксиде алюминия, целлюлозе, ионитах) или противоточной экстракцией. Очищенные антибиотики подвергают лиофильной сушке.

После получения кристаллического антибиотика проводят испытания его чистоты. Для этого определяют его элементный состав и физико-химические константы (температуру плавления, молекулярную массу, светопоглощения в видимой, УФ- и ИК-областях спектра, удельное вращение раствора). Исследуют также антибактериальную активность, стерильность и токсичность антибиотика.

Токсичность антибиотиков определяют на экспериментальных животных, которым в течение определенного периода времени внутривенно, внутрибрюшинно, внутримышечно или иным путем вводят различные дозы изучаемого антибиотика (см. главу 1). При отсутствии внешних изменений в поведении животных в течение 12-15 сут считают, что испытуемый антибиотик не обладает заметными токсическими свойствами. При более глубоком исследовании выясняют, обладает ли данный антибиотик скрытой токсичностью и влияет ли на отдельные ткани и органы животных.

Одновременно для характеристики механизма антибактериальных свойств исследуют, является ли антибиотик бактериостатическим или бактерицидным.

Затем изучают терапевтические свойства антибиотика. Экспериментальных животных заражают определенным видом патогенного микроба. Минимальное количество антибиотика, способствующее предохранению животного от смертельной дозы инфекции, является минимальной терапевтической дозой. Чем больше отношение токсичной дозы антибиотика к терапевтической, тем выше терапевтический индекс. Если терапевтическая доза равна токсической или приближается к ней (низкий терапевтический индекс), применение антибиотика в лечебной практике не разрешается.

Стандартизация антибиотиков. За единицу антибиотической активности принимают минимальное количество антибиотика, способное подавить развитие или задержать рост стандартного штамма тест-микроба в определенном объеме питательной среды. Величину биологической активности антибиотиков выражают обычно в условных единицах дозы (ЕД), содержащихся в 1 мл раствора (ЕД/мл) или в 1 мг препарата (ЕД/мг). Например, за единицу антибиотической активности пенициллина принимают его минимальное количество, способное задерживать рост золотистого стафилоккока стандартного штамма 209 в 50 мл питательного бульона.

Для стрептомицина за единицу активности принимают минимальное количество антибиотика, задерживающее рост E. coli в 1 мл питательного бульона.

Для антибиотиков, полученных химическим синтезом, биологическую активность выражают в массовых единицах (мкг/мг). Например, установлено, что 1 мг чистого основания стрептомицина эквивалентен 1000 единицам биологической активности (ЕД). Следовательно, 1 ЕД активности стрептомицина эквивалентна 1 микрограмму (мкг) чистого основания этого антибиотика.

Единица биологической активности антибиотика не всегда совпадает с 1 мкг. Например, для бензилпенициллина 1 ЕД эквивалентна примерно 0,6 мкг, так как 1 мг антибиотика соответствует 1667 ЕД.

Методы анализа антибиотиков. Для идентификации антибиотиков могут быть использованы различные хромогенные (цветные) реакции на соответствующие функциональные группы; спектральные характеристики в видимой, УФ-, ИК-областях спектра; хроматографические методы.

Для количественного определения антибиотиков используют биологические, химические и физико-химические методы.

Биологические методы основаны на действии антибиотика на тест-организм, чувствительный к данному антибиотику. При этом используют способность молекул антибиотика диффундировать в агаровых средах. Оценивается размер зоны, в которой используемые тест-организмы не развиваются. Этот размер зависит от химической природы антибиотика, его концентрации, рН и состава агаровой среды, температуры.

Для биотестирования используют также турбидиметрию - метод количественного анализа по интенсивности света, поглощенного взвешенными частицами - клетками микроорганизмов. При добавлении определенных количеств антибиотиков наблюдается задержка роста клеток микроорганизмов (бактериостатический эффект), а затем их гибель (бактерицидный эффект). При этом снижается светопоглощение пробы. В качестве альтернативного турбидиметрии метода может быть использован нефелометрический метод, в котором оценивают интенсивность рассеянного света при добавлении антибиотика.

Для количественного определения антибиотиков применяют спектрофотометрические методы.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1