Программа спецкурса ''Антибиотики'' для студентов, специализирующихся по микробиологии на дневном, вечернем и заочном отделениях

Министерство образования Российской федерации Ростовский государственный университет Биолого-почвенный факультет Кафедра биохимии и микробиологии

Патрушева Е.В.

Программа спецкурса «АНТИБИОТИКИ» для студентов, специализирующихся по микробиологии на дневном, вечернем и заочном отделениях

Ростов-на-Дону 2001

2

Печатается по решению кафедры биохимии и микробиологии. Протокол № 11 от 4 мая 2001 г.

3

I. Цели и задачи спецкурса «Антибиотики» К антибиотикам относится большая группа органических веществ, образуемых

микроорганизмами,

растительными

и

животными

клетками,

способных избирательно подавлять развитие микробов и опухолевых клеток, а также обладающих иммуннорегулирующим действием. Они используются как лекарственные препараты для подавления роста и развития бактерий, микроскопических грибов, некоторых вирусов и простейших, поражающих человека, животных и растения. Всестороннее изучение антибиотиков позволяет расширить границы их использования, получать новые препараты. Они нашли широкое применение не только в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве, но и в пищевой, консервной

и

других

отраслях

промышленности,

а

также

в

научных

исследованиях как реагенты, блокирующие реакции обмена веществ в изучаемых организмах. Целью

настоящего

курса

является

рассмотрение

современных

проблем, связанных с общими представлениями об антибиотиках, их строении, биосинтезе,

механизмах

биологического

действия,

производстве

в

промышленных масштабах, применении в народном хозяйстве. Спецкурс

призван

служить

решению

вопросов

подготовки

квалифицированных кадров –микробиологов, способных успешно работать на промышленных предприятиях, в научных и учебных заведениях. Спецкурс «Антибиотики» занимает определенное логическое место в системе

обучения

студентов,

специализирующихся

по

микробиологии.

Изучение материалов основано на знаниях, полученных студентами в общих курсах микробиологии и биохимии. Полученные знания могут послужить основой при изучении спецкурсов «Техническая

микробиология»,

«Избранные

главы

медицинской

микробиологии». II Содержание спецкурса «Антибиотики» 2.1 План лекций 2.1.1. Введение. Предмет и задачи спецкурса «Антибиотики». Значение изучения антибиотиков для развития микробиологии, медицины, сельского хозяйства, биотехнологии.

4

Исторические

предпосылки

открытия

антибиотиков.

Первые

химиотерапевтические вещества: сальварсан, стрептоцид, микофеноловая кислота, продигиозин, пиоционаза. Значение работ П. Эрлиха, Г. Домагка, Б. Госсио, Р. Эммериха. Концепция избирательного действия антимикробных препаратов. Открытие А. Флемингом пенициллина. Работы З. Ваксмана. Развитие

науки

об

антибиотиках,

открытие

новых

препаратов.

Роль

отечественных ученых в развитии учения об антибиотиках. Работы В.А. Манассеина, А.Г. Полотебнова, И.И. Мечникова, З.В. Ермольевой, Н.А. Красильникова, А.Н. Белозерского. 2.1.2. Взаимоотношения в мире микроорганизмов. Взаимоотношения основанные

на

типах

трофических

связей.

Типы

пространственных

взаимоотношений. Понятие о симбиозе. Его разновидности. Положительный симбиоз:

комменсализм,

Отрицательный

симбиоз:

нейтрализм,

метабиоз,

синтрофия,

паразитизм,

хищничество,

мутуализм.

антагонизм.

Формы

микробного антагонизма. Пассивный, активный и насильственный антагонизм. Антибиоз. 2.1.3. Определение понятия «антибиотики». Единицы биологической активности антибиотических веществ и антибиотическая продуктивность организмов. Принципы

классификации

антибиотиков

по

биологическому

происхождению, механизму биологического действия, химическому строению, спектру биологического действия. Образование антибиотиков в природе и их роль в жизнедеятельности организмов-продуцентов. 2.1.4. Биосинтез антибиотиков. Образование антибиотических веществ при

лабораторном

культивировании

микроорганизмов.

Среды

для

культивирования. Качественная характеристика компонентов среды. Роль минеральных

компонентов

среды

–

макро-

и

микроэлементов.

Предшественники биосинтеза антибиотиков. Роль рН, температуры, аэрации среды. Двухфазный характер развития продуцентов ряда антибиотиков. Совместное культивирование микроорганизмов и его значение в образовании антибиотических веществ. Направленный

биосинтез

антибиотиков,

его

практическое

теоретическое значение. Основные пути направленного биосинтеза.

и

5

2.1.5. Антибиотики, вырабатываемые эубактериями. Антибиотики – пептиды образуемые бактериями p. Bacillus. Грамицидин С – антибиотик ионофор. Нарушение процессов окислительного фосфорилирования под действием

антибиотиков-ионофоров.

микроорганизмами

pp.

Антибиотики

Pseudomonas,

Lactoccus,

выделяемые

Proteus,

Esherichia.

Антибиотики – монобактамы. Антибиотики цианобактерий. 2.1.6. Антибиотики образуемые актиномицетами. Аминогликозиды. Стрептомицин. Его продуценты. Химическое строение. Нарушения в механизме биосинтеза белка, вызываемые стрептомицином. Действие

стрептомицина

функциональной стрептомицина.

на

способности Спектр

30S

субъединицу

белков,

рибосом.

синтезированных

антимикробного

действия.

Изменение

в

присутствии

Другие

антибиотики

аминогликозидной природы. Тетрациклины. Их продуценты. Формы тетрациклинов. Химическое строение. Влияние тетрациклинов на связывание аминоацил-тРНК с рибосомоматричным комплексом. Хлорамфеникол и его синтетический аналог левомицетин. Химическое строение и продуценты. Подавление хлорамфениколом биосинтеза белка на стадии элогации. Макролиды. Их продуценты, механизм и спектр действия. Полиеновые Антибиотики,

антибиотики.

нарушающие

Нистатин,

функции

леворин,

мембран.

амфотерицин

Структура

В.

биологических

мембран. Химическое строение амфотерицина В. Его взаимодействие со стеринами мембраны и образование, ионных каналов. Актиномицины. Их химическое строение. Продуценты. Образование комплекса

между

актиномицинами

и

дезоксигуанозином

ДНК.

Влияние

актиномицинов на синтез РНК. Противоопухолевое действие актиномицинов 2.1.7. Антибиотики грибного происхождения. β - лактамные антибиотики пенициллины и цефалоспорины. Пениллины

и

их

продуценты.

Химическая

структура.

6

–

аминопенициллановая кислота (6 – АПК) и полусинтетические пенициллины. Антибиотики, ингибирующий синтез клеточной стенки. Строение клеточной стенки у грамположительных и грамотрицательных бактерий. Пенициллины – аналоги D – аланил – D аланина. Ингибирование процесса транспептидации – основа действия пенициллинов.

6

Цефалоспорины

–

близкие

к

пенициллинам

антибиотики.

D

–

циклосерин – специфический ингибитор аланил-рацемазы, D –аланил – D аланинсинтетазы, трансаминаз D – аминокислот. 2.1.8. Антибиотики, образуемые высшими и низшими растениями. Антибиотики лишайников. Усниновая кислота. Механизм действия. Фитонциды – антибиотики, синтезируемые высшими растениями. Аллицин, аринарин, берберин, сальвин, иманин, хинин, хлорофилипт и их продуценты. Спектр антимикробного действия. Фитоалексины – специфические биологически-активные, вещества растений. 2.1.9. Антибиотики животного происхождения. Лизоцим. Его синтез. Значение для жизнедеятельности. Строение. Механизм действия. Применение. Интерферон. Продукция.

Формы интерферонов. Механизм действия.

Получение и применение. 2.1.10. Устойчивость бактерий к антибиотикам. Биохимические основы устойчивости. Модификация мишени. Снижение физиологической роли мишени. Предотвращение доступа ингибитора к мишени.

Устойчивость

за

счет

инактивации.

Ферменты

разрушающие

антибиотики и ферменты инактивирующие антибиотики путем введения заместителей. Генетические

основы

устойчивости.

Плазмидная

и

хромосомная

устойчивость. 2.1.11. Пути преодоления лекарственной устойчивости. Применение ингибиторов ферментов для защита антибиотиков. Усиление транспорта антимикробных веществ в клетку под действием мембраноактивных веществ. Предотвращение появления микроорганизмов резистентных к антибиотикам. Побочные реакции при применении антибиотиков. 2.1.12. Промышленное получение антибиотиков. Основные

этапы

промышленного

производства

антибиотиков.

Лабораторный регламент получения антибиотика – основа для разработки промышленного регламента. Основные стадии технологического процесса. Периодический и непрерывный способ культивирования. Поверхностная и глубинная ферментация. Ферментеры, их устройство. Методы стерилизации сред,

воздуха,

коммуникаций.

Приготовление

посевного

материала.

7

Пенообразование в процессе ферментации. Пеногасители. Предварительная обработка культуральной жидкости. Фильтрация. Выделение и химическая очистка антибиотика. Экстракционный метод и метод ионнообменной сорбции. Лиофильная и распылительная сушка препаратов. Контроль и расфасовка антибиотиков. Причины микроорганизмов

потери в

антибиотикообразующей

процессе

производства.

способности

Спонтанная

диссоциация.

Фаголизис. 2.2. План семинарских занятий 2.2.1. Зарождение и развитие науки об антибиотиках. Общие понятия об антибиотиках. 2.2.2. Антибиотики, образуемые различными группами организмов. Механизм действия антибиотиков. 2.2.3.

Резистентность

микробов

преодоления лекарственной

к

действию

устойчивости

антибиотиков.

и предотвращение

Пути

появления

микроорганизмов резистентных к антибиотикам. 2.2.4.

Биосинтез,

промышленное

получение

и

применение

антибиотиков. 2.2.5.

Прослушивание

и

обсуждение

подготовленных

студентами

рефератов. 2.3. Темы рефератов 2.3.1. Применение антибиотиков в медицине. 2.3.2. Использование антибиотиков в животноводстве. 2.3.3. Антибиотики, используемые против фитопатогенных организмов и вредных насекомых. 2.3.4.

Значение

антибиотиков

для

пищевой

и

консервной

промышленности. 2.3.5. Применение антибиотиков в научных исследованиях. 2.3.6.

Пути

повышения

антибиотикообразующей

способности

микроорганизмов. 2.3.7. Методы хранения штаммов-продуцентов антибиотиков. 2.3.8. Выделение и очистка антибиотиков. 2.3.9. Количественное определение антибиотиков. III Учебно-методический материал

8

3.1. Основная литература 3.1.1. Афиногенов Г.Е., Панарин Е.Ф. Антимикробные полимеры. – СПб: Гиппократ, 1993. – С. 47 – 107. 3.1.2. Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках. – М.: Изд-во МГУ, 1994. - 512 с. 3.1.3. Елинов Н.П. Химическая микробиология. – М.: Высшая школа, 1989. – 322 с. 3.1.4. Ланчини Д., Паренти Ф. Антибиотики. – М.: Мир, 1985. – с. 3.1.5. Навашин С.М., Фомина И.П. Рациональная антибиотикотерапия. – М.: Медицина, 1982. – 495 с. 3.1.6. Промышленная микробиология / Под ред. Н.С. Егорова. – М.: Высшая школа, 1989. – 688 с. 3.1.7. Смирнов В.В. и др. Антибиотики. – Киев: Высшая школа, 1985. 191 с. 3.1.8. Франклин Т., Сноу Дж. Биохимия антимикробного действия. – М.: Мир, 1984. – 238 с. 3.2. Дополнительная литература 3.2.1. Безбородов А.М. Биосинтез биологически активных веществ микроорганизмами. – Л.: Медицина, 1969 . – 245 с. 3.2.2. Безбородов А.М. Биохимические основы микробиологического синтеза . – Легкая и пищевая пром.- ть, 1984. – 304 с. 3.2.3. Белобородова Н.В., Богданов М.Б., Черненькая Т.В. Алгоритмы антибиотикотерапии: Руководство для врачей. – М., 1999. – 144 с. 3.2.4. Биотехнология . – М.: Наука, 1984. – 311 с. 3.2.5. Воробъева Л.И. Техническая микробиология . – М.: МГУ, 1987. – 168 с. 3.2.6. Гейл Э., Кандлифф Э. и др. Молекулярные основы действия антибиотиков. – М.: Мир, 1975 3.2.7. Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. – М.: Мир, 1984. – 171 с. 3.2.8. Страчунский Л.С., Козлов С.Н. Антибиотики: Клиническая фармакология. – Смоленск: А/О «АМИПРЕСС», 1994. – 208 с.