Антибиотики – мощное оружие

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ «БЕЛОГЛИНСКИЙ АГРАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Реферат на тему: «Антибиотики - мощное оружие»

Подготовила студентка

Бобракова Юлия

Проверила:

Преподаватель химии:

Юрьева Н.Е

с. Белая Глина 2016 г



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНТИБИОТИКИ:ИСТОРИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

1.1 История антибиотиков

1.2 Классификация антибиотиков

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ГРУПП АТИБИОТИКОВ

ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АНТИБИОТИКОВ

3.1 Получение антибиотиков

3.2 Практическое применение антибиотиков

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ



ВВЕДЕНИЕ

После открытия в 1940 году ценного лекарственного препарата пенициллина в науку и в повседневную жизнь людей прочно вошло понятие "антибиотик", или "антибиотическое вещество". Термин антибиотики (греч. anti - против, bios - жизнь) впервые ввел в 1942 году З.Ваксман. По Ваксману антибиотики - это химические вещества, образуемые микроорганизмами, обладающие способностью подавлять рост или даже разрушать бактерии и другие микроорганизмы.

В исследовательской работе была поставлена цель: изучить получение антибиотиков и их практическое применение.

Для достижения цели поставленной в работе были определены следующие задачи: антибиотик гетероциклический кислородсодержащий

- Изучить историю и классификацию антибиотиков.

- Рассмотреть характеристику основных групп антибиотиков.

- Изучить получение и практическое применение антибиотиков.

Объектом исследовательской работы является

Предметом исследовательской работы является

Исследовательская работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемых источников, приложений.



ГЛАВА 1. АНТИБИОТИКИ: ИСТОРИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

1.1 История антибиотиков

Возможность использования микроорганизмов или продуктов их обмена для лечения заболеваний была открыта очень давно, хотя в то время и не была известна причина их лечебного действия. Грибы и другие микроорганизмы применялись в качестве средств для лечения людей. Благодаря быстрому и интенсивному развитию микробиологии, начало которому положил Луи Пастер (вторая половина ХIХ столетия), стали накапливаться научные данные, причем некоторые из них для открытия антибиотиков и разработки их производства имели значительную историческую ценность и интерес. Так, близкий друг и соратник Л.Пастера И.И.Мечников был горячим приверженцем лечения при помощи микроорганизмов. Он высказал предположение, что одни микроорганизмы подавляют жизнедеятельность других за счет выделения каких-то ядовитых желез. Это явление получило название антибиоза. Впоследствии предсказанные И.И.Мечниковым вещества были выделены и названы антибиотиками.

В 1928 году Александр Флеминг проводил рядовой эксперимент в ходе исследования болезнетворных бактерий. Вырастив колонии стафилококков, он обнаружил, что некоторые из них заражены обыкновенной плесенью Penicillium, которая растёт на лежалом хлебе, делая его зелёным. Вокруг каждой колонии плесени была область, в которой бактерий не было. Флеминг сделал вывод, что плесень вырабатывает вещество, убивающее бактерии, которое он назвал «пенициллин». Это и был первый современный антибиотик, о котором Флеминг доложил 13 сентября 1929 года на заседании Медицинского исследовательского клуба при Лондонском университете. Однако даже после опубликования статьи сообщение не вызвало у медиков энтузиазма. Дело в том, что пенициллин оказался очень нестойким веществом, он разрушался даже при кратковременном хранении.

Только в 1938 году двум учёным из Оксфордского университета, Говарду Флори и Эрнсту Чейну удалось выделить пенициллин в чистом виде. В связи с большими потребностями в медикаментах во время Второй мировой войны массовое производство этого лекарства началось уже в 1943 году. В 1945 году Флемингу, Флори и Чейну за их работу была присуждена Нобелевская премия.

Большое число (порядка 16 тысяч) описанных в литературе разнообразных по свойствам и химическому строению антибиотиков требует определенной и хорошо продуманной их классификации.

1.2 Классификация антибиотиков

Сложилось несколько подходов к классификации антибиотиков, причем они определяются главным образом профессиональными интересами ученых. Среди основных принципов классификации антибиотиков рассмотрим следующие.

КЛАССИФИКАЦИЯ АНТИБИОТИКОВ ПО БИОЛОГИЧЕСКОМУ ПРОИСХОЖДЕНИЮ

1.Антибиотики, вырабатываемые микроорганизмами, относящимися к эубактериям.

1)Образуемые представителями рода Pseudomonas: пиоцианин -- Ps.aeruginosa, вискозин -- Ps. viscosa.

2)Образуемые представителями родов Micrococcus, Streptococcus,Staphylococcus, Lactococcus, Chromobacterium, Escherichia, Proteus,Lactobacillus: стрептококцин А -- Streptococcus pyogenes, эпидермин --Staphylococcus epidermidis,



низин -- Lactococcus lactis, продигиозин -- Chromobacterium prodigiosum(Serratia marces cens), колиформин -- E. coli, колицин -- E. coli, протаптины -- P. vulgari, лактоцин-S -- Lactobacillus sake.

3)Образуемые бактериями родов Brevi и Bacillus: грамицидины -- Brevibacillus субтилин -- Bacillus subtilis, полимиксины -- B. polymyxa.

4)Образуемые микроорганизмами, принадлежащими к порядкуActinomycetales:

а)образуемые представителями рода Streptomyces: стрептомицин -- S.griseus, канамицин -- S. канатуceticus, тетрациклины -- S. aureofaciens, S.rimosus, новобиоцин -- S. spheroides, актиномицины -- S. antibioticus,цефамицины -- S. lipmani, S. clavuligerus, карбапенемы -- S. cattleya, S.olivaceus, клавулановая кислота -- S. clavuligerus и др.;

б)вырабатываемые микроорганизмами рода Saccharopofyspora эритромицин -- Saccharopofyspora erythrae и др.;

в)образуемые представителями рода Nocardia: рифамицины -- N.mediterranei, ристомицин -- N fructiferi, нокардицины -- N. sp.;

г)образуемые родом Actinomadura: карминомицин -- A. catminata и др.;

д)продуцируемые родом Micromonospora: фортимицины -- М.olivoasterospora, гентамицины -- М. purpurea, сизомицин -- М. inyoensis,розамицин -- М. rosaria.

5)Образуемые цианобактериями: малинголид -- Lyngbya majuscula.

2.Антибиотики, образуемые несовершенными грибами:

пенициллины -- Penicillium chrysogenum, цефалоспорины -- Acremoniumchrysogenum, гризеофульвин -- P. griseojulvum, трихоцетин -- Trichoteciumroseum, фузидиевая кислота -- Fusarium coccineum, циклоспорины --Beauveria nivea, Trichoderma polyspora.

3.Антибиотики, образуемые грибами, относящимися к классам базидиомицетов и аскомицетов:

термофиллин -- Lenzites thermophila (базидиомицет), лензитин -- Lenzitessepiaria, хетомин -- Chaetomium cochloides (аскомицет).

4.Антибиотики, образуемые лишайниками, водорослями и низшими растениями:

усниновая кислота (бинан) -- Usnea florida (лишайник), хлореллин --Chlorella vulgaris (водоросль).

5.Антибиотики, образуемые высшими растениями: аллицин -- Alliumsativum, госсипол -- Gossypium hisutum, фитоалексины: пизатин -- Pisumsativum (горох), фазеолин -- Phaseolus vulgaris (фасоль).

6.Антибиотики животного происхождения:

дефензины, скваламин, экмолин, круцин (Schizotrypanum cruzi),интерферон.

КЛАССИФИКАЦИЯ АНТИБИОТИКОВ ПО МЕХАНИЗМУ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

1.Антибиотики, ингибирующие синтез клеточной стенки (пенициллины, цефалоспорины, бацитрацин, ванкомицин, D-циклосерин).

2.Антибиотики, нарушающие функции мембран (альбомицин, аскозин, грамицидины, кандицидины, нистатин, трихомицин, эндомицин и др.).

3.Антибиотики, избирательно подавляющие синтез (обмен) нуклеиновых кислот:

1)РНК (актиномицин, гризеофульвин, канамицин, неомицин, новобиоцин, оливомицин и др.);

2)ДНК (актидион, брунеомицин, митомицины, новобиоцин, саркомицин, эдеин и др.).

4.Антибиотики -- ингибиторы синтеза пуринов и пиримидинов (азасерин, декоинин, саркомицин и др.).

5.Антибиотики, подавляющие синтез белка (бацитрицин, виомицин,аминогликозиды, метимицин, эритромицин, тетрациклины, хлорамфеникол и др.).

6.Антибиотики -- ингибиторы дыхания (антимицины, олигомицины, патулин, пиоцианин, усниновая кислота и др.).

7.Антибиотики -- ингибиторы окислительного фосфорилирования (валиномицин, грамицидины, колицины, олигомицин, тироцидин и др.).

8.Антибиотики, обладающие антиметаболитными свойствами (пуромицин, хадацидин, D-циклосерин, ацидомицин и др.).

9.Антибиотики-иммуномодуляторы (циклоспорины, актиномицины С и D, оливомицин, брунеомицин, рубомицин, спергуалин и др.).

III.КЛАССИФИКАЦИЯ АНТИБИОТИКОВ ПО СПЕКТРУ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Условно все важнейшие в практическом отношении антибиотики можно разделить на несколько групп.

1.Противобактериальные антибиотики узкого спектра действия, активные преимущественно в отношении грамположительных организмов:

Группа пенициллина и цефалоспорина; биосинтетические пенициллины: бензилпенициллин и его соли (калиевая, натриевая, новокаиновая), бициллин, феноксиметилпенициллин; полусинтетические пенициллины, кислотоустойчивые, неактивные в отношении бета-лакгамазообразующих стафилококков: пропициллин, фенетициллин; кислотоустойчивые, активные в отношении бета-лактамазообразующих стафилококков: оксациллин, клоксациллин, диклоксациллин; полусинтетические цефалоспорины: цефалоридин, цефалотин, цефалоглицин, цефалексин; бацитрацин; ванкомицин, ристомицин; линкомицин; новобиоцин; макролиды: эритромицин, олеандомицин, карбомицин, спирамицин, лейкомицин, тилозин; фузидин.

2.Противобактериальные антибиотики широкого спектра действия:

Тетрациклины биосинтетические: хлортетрациклин, окситетрациклин, тетрациклин, деметилхлортетрациклин, деметилтетрациклин; полусинтетические тетрациклины: метациклин, доксициклин, моноциклин; хлорамфеникол (левомицетин); аминогликозиды: стрептомицин, неомицины, канамицин, гентамицин, фортимицины, тобрамицин; полимиксины, колистин; грамицидине; полусинтетические пенициллины: ампициллин, карбенициллин.

3.Противотуберкулезные антибиотики: стрептомицин, канамицин, виомицин, циклосерин.

4.Противогрибные антибиотики: нистатин; гризеофульвин; амфотерицин В; леворин; кандицин; трихотецин.

5.Противоопухолевые антибиотики: актиномицин С; митомицин С; оливомицин; брунеомицин; реумицин; адриамицин (доксорубицин); дауномицин, рубомицины.

6.Противоамебные и противомалярийные антибиотики: фумагиллин; радицикол.

IV. КЛАССИФИКАЦИЯ АНТИБИОТИКОВ ПО ИХ ХИМИЧЕСКОМУ СТРОЕНИЮ.

В основу этой классификации положена классификация антибиотиков, предложенная Берди (1974). По указанной системе известные антибиотики подразделяются на следующие основные семейства.

1.Углеводные антибиотики.

Большинство антибиотиков названного семейства продуцируются стрептомицетами. Семейство включает следующие подсемейства.

1)Чистые сахариды. В качестве примера можно назвать стреп-тозотоцин (рис.1).

2)Аминогликозиды, или аминоциклитолы. Это подсемейство антибиотиков образуется стрептомицетами, и многие из них широко используются в медицинской практике. К этим антибиотикам относятся соединения, содержащие гликозидные связи.

По химическому строению аминогликозиды можно разделить на четыре группы.

а) Антибиотики, родственные стрептомицину. Сюда включаются стрептомицин, дигидрострептомицин, маннозидострептомицин и др. (рис.2).

б)Монозамещенные дезоксистрептаминовые антибиотики, представителем которых является гигромицин В (рис.3).

В эту группу входят также дестомицины А, В и С;

в) 4,5-Дизамещенные дезоксистрептаминовые антибиотики. Эта группа аминогликозидов может быть подразделена на две подгруппы. В первую входят рибостамицин, ксилостазин и бутирозин. Примером их структуры может служить строение рибостамицина (рис.4).

Во вторую подгруппу входят неомицины и паромомицины (рис.5).

г)4-6-Дизамещенные дезоксистрептаминовые антибиотики. Представители этой группы могут быть разделены на подгруппы.

К первой подгруппе относятся антибиотики, близкие к канамицину: канамицинА, В и С, тобрамицин, небрамицин (рис.6).

Вторая подгруппа включает гентамицины, сизомицин, вердамицин и др. Типичной для этой подгруппы антибиотиков является структура гентамицина С₁ (рис.7).

К третьей подгруппе относится комплекс селдомицинов (факторы 1, 2, 3 и 5), фортимицины (рис.8).

3)Другие (N и С) глюкозиды, например линкомицин (рис.9).

2.Макроциклические лактоны (лактамы).

В названное семейство включаются 4 основные группы антибиотиков.

1)Макролидные антибиотики: эритромицин, метимицин и др. (рис.10).

2)Полиеновые антибиотики, характерная особенность строения которых -- наличие системы, содержащей от трех до восьми сопряженных двойных связей -(СН=СН)- (нистатин, микогептин, амфотерицин В и др.(рис.11).

3)Другие макроциклические лактоны: макролактоны (олигомицин), макротетралиды (нактины). В качестве примера приведем структуру олигомицина В (рис.12).

4)Макролактамные антибиотики: рифамицины, в частности рифамицин В (рис.13).

3.Антибиотики хиноны и подобные им соединения. В названное семейство включаются следующие группы антибиотиков.

1)Линейные конденсированные полициклические соединения, куда входит группа тетрациклинов (рис.14).

2)Производные нафтохинонов. В эту группу входит большое число (около 70) антибиотиков, названных антрациклинами. В качестве примера можно отметить такие антибиотики, как дауномицин, адриамицин, карминомицин (рис.15).

3)Антибиотики, являющиеся производными бензохинона (фумигатин, яваницин, митомицин и др.) (рис.16).

Фумигатин продуцируется культурой Aspergillus fumigatus, подавляет рост преимущественно грамположительных бактерий.

Яваницин вырабатывается культурой Fusarium javaniсum активен в отношении грамположительных бактерий.

4.Антибиотики аминокислоты, пептиды и пептолиды.

Это большое семейство антибиотиков, образуемых мицелиальными грибами и бактериями, включая стрептомицеты, и имеющих большое практическое и научное значение. В семейство входит пять групп.

1)Антибиотики -- производные аминокислот, включая бета-лактамы. Среди бета-лактамных антибиотиков отметим пенициллины, цефалоспорины, цефамицины, оксоцефемы, сульбактамы и др., в частности бензилпенициллин (рис.17) и цефалоспорин С (рис.18).

2) Антибиотики-гомопептиды: грамицидин А, тироцидин, бацитрацин, грамицидине, виомицин (рис.19).

Виомицин -- циклический полипептид, продуцируемый Streptomycesvinaceus.

3) Гетеромерные пептиды: полимиксины, в частности полимиксин В₁(рис.20).

А)Антибиотики-пептолиды, включающие большую группу актиномицинов, в том числе актиномицин D (рис.21).

5)Высокомолекулярные: циклоспорины, антибиотики.

5.Азотсодержащие гетероциклические соединения.

Названное семейство антибиотиков включает три основные группы соединений.

1)Антибиотики, структура которых представляет собой не-конденсированные (единичные) гетероциклы. В качестве примера можно назвать азомицин (рис.22).

2)Конденсированные гетероциклы. Представителями этой группы являются нуклеозидные антибиотики: пуромицин, кордицепин и др. В частности, кордицепин вырабатывается грибом Cordyceps militaris (рис.23).

3)Антибиотики-алкалоиды, обладающие противоопухолевой активностью. В качестве примера такого соединения можно назвать пликацетин, который продуцируется культурой Streptomyces plicatus (рис.24).

6.Кислородсодержащие гетероциклические антибиотики.

Это семейство антибиотиков, вырабатываемых различными организмами (грибами, бактериями семейства Actinomycetalis), обладает высокой биологической активностью. К этому семейству относятся следующие группы.

1)Соединения с одним 5-членным О-гетероциклом, например пеницилловая кислота (рис.25).

2)антибиотики с одним 6-членным О-гетероциклом, к которым относятся цитринин и койевая кислота (рис.26).

3)Антибиотики с несколькими О-гетероциклами, например трихоцетин (рис.27).

7.Алициклические антибиотики.

1)Названное семейство включает производные циклопента-на (саркомицин), циклогексана (актидион) и циклогептана (туевая кислота) (рис.28).

2)К алициклическим антибиотикам относятся также соединения, называемые олиготерпенами, которые имеют стероидные скелеты. В качестве примера такого типа антибиотика можно назвать фузидиевую кислоту (фузидин), образуемую культурой Fusidium coccineum (рис.29).

8.Ароматические антибиотики.

К этому семейству относятся четыре группы антибиотиков.

1)Соединения бензола, в частности галловая кислота и хлорам-феникол (рис.30).

2)Антибиотики, структура которых имеет конденсированные ароматические соединения, например гризеофульвин (рис.31).

3)Соединения, имеющие небензольные ароматические структуры, в частности новобиоцин (рис.32).

4)Различные производные ароматических соединений. К ним относится трихостатин (рис.33).

Этот антибиотик образуется Streptomyces hydroscopicus, подавляет развитие грибов родов Trichophyton, Candida.

9.Алифатические антибиотики.

В указанное семейство антибиотиков входит несколько групп соединений.

1)Производные алканов, образуемые грибами базидиомицетами. В качестве примера можно назвать антибиотик, продуци-руемый Clitocybe diatreta и получивший название «диатретин». Он имеет следующее строение:

HOOC-CH=CH-C=C-C=C-C=N



2)Производные алифатических карбоновых кислот, в том числе вариотин (рис.34).Этот антибиотик вырабатывается грибом Paecilomyces varioti и находит применение в медицине при лечении дерматомикозов.

3)Алифатические соединения, содержащие S (аллицин) и Р (фосфономицин). Аллицин относится к серосодержащим соединениям (рис.35). Фосфономицин -- антибиотик, образуемый Streptomycesfradiae, содержит остаток фосфорной кислоты (рис.36).

10.Холестеринподобные антибиотики.

К этому типу соединений относится антибиотик скваламин, продуцируемый катрановой акулой семейства Squalidae.

11.Смешанные антибиотики с неизвестным строением скелета молекул.

Предложенная классификация антибиотиков по химическому строению имеет важное значение не только для изучения химии антибиотических веществ, но и для выявления механизма биологического действия. Структура антибиотика непосредственно связана с механизмом биологического действия препарата. Эта классификация более обоснована.

Приведенная классификация антибиотиков показывает, что эти физиологически активные продукты жизнедеятельности организмов представляют собой самые разнообразные по химической природе вещества: от простых соединений до очень сложных полипептидных структур типа полимиксинов, актиномицинов, циклоспоринов и лантибиотиков.

Существует классификация антибиотиков, в основу которой положены физико-химические свойства этих веществ. Подобно классификации по принципу антимикробного действия, она имеет преимущественно практическое значение. Этот принцип классификации антибиотиков не нашел распространения и, по существу, не используется.



ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ГРУПП АТИБИОТИКОВ

Химия антибиотиков развивается в тесной связи с изучением других классов природных веществ, причем успехи в той или иной области исследования обычно оказывают сильное влияние на развитие других областей. Последние десятилетия характеризуются значительным расширением и углублением исследований, посвященных химии разнообразных типов природных соединений. Прежде всего, достигнуты значительные успехи в методах их выделения и очистки. В настоящее время для этих целей широкое применение находят разнообразные хроматографические методы -- адсорбционная и ионообменная хроматография, а также различные виды распределительной хроматографии; нашел также большое применение метод противоточного распределения. С другой стороны, за последние годы были тщательно разработаны микробиологические методы определения антибиотиков, витаминов и других биологически активных веществ, в ряде случаев превосходящие по своей чувствительности физико-химические методы. В результате применения новых методов эксперимента резко увеличились темпы работ по выделению и очистке природных веществ из различных объектов.

Совершенствование методов разделения близких по строению и свойствам веществ позволило установить, что во многих случаях различные продуценты одновременно образуют несколько очень близких по строению антибиотиков, нередко различающихся содержанием или положением какой-либо одной группы при очень большом сходстве молекул в целом; в качестве примеров можно указать на пенициллины, стрептомицины, макролиды, неомицины, многие антибиотики-полипептиды, туяплицины, тетрациклины и др.

Резко возросли также темпы изучения строения и изыскания путей синтеза природных веществ. Если раньше от открытия нового вещества до выяснения его строения и осуществления синтеза нередко проходили многие годы и даже десятилетия, то в настоящее время выяснение строения, а в ряде случаев и синтеза даже довольно сложных природных соединений завершается за несколько лет. Это общее ускорение темпов исследования характерно и для химии антибиотиков.

Изучение антибиотиков во многих случаях привело к существенному развитию ряда разделов органической химии. Были открыты новые типы соединений (трополоны, депсипептиды и др.), глубоко изучены ранее мало исследованные группы веществ (-лактамы, циклические полипептиды и др.); среди антибиотиков были найдены представители таких классов веществ (нитросоединения, алифатические диазосоединения, аллены и т. д.), которые ранее не встречались в природе.

Ниже кратко изложено состояние изучения отдельных групп антибиотиков, которые рассматриваются в соответствии с их химической классификацией.

До 1949г. было известно лишь очень небольшое число антибиотиков ациклического строения, причем среди них отсутствовали вещества, образуемые актиномицетами. Наибольшее внимание привлекал аллидин -- активное начало чеснока, а также группа непредельных жирных кислот, образуемых некоторыми бактериями и дрожжами. Через несколько лет антибиотическая активность была обнаружена у ряда изогиоцианатов, «полученных из растений». 1952--1957 гг. было выяснено, что к алифатическим соединениям относится большое число антибиотиков, образуемых высшими грибами и актиномицетами. Их число возросло в такой мере, что стало возможным выделить некоторые из них в особые группы сходно построенных веществ -- группу полиацетиленовых соединений, группу алифатических диазосоединений, группу изотиоцианатов и группу полиенов. Из отдельных представителей антибиотиков алифатического строения следует упомянуть элайомицин, являющийся единственным природным азоксисоединением, а также -нитропропионовую кислоту, обнаруженную среди продуктов метаболизма плесеней, актиномицетов и высших растений. Как известно, полиацетиленовые соединения были обнаружены в природе как метаболиты ряда растений из семейства сложноцветных (Compositae), а также как антибиотики, образуемые грибами и актиномицетами. Несмотря на значительное сходство в строении полиацетиленов из растений и полиацетиленов из грибов, в литературе отсутствуют данные о действии первых на микроорганизмы (за исключением капиллина и родственных ему соединений). Возможно, при дальнейшем изучении этого вопроса и у других полиацетиленов, выделенных из растений, будет обнаружена антибиотическая активность. К сожалению, малая устойчивость и высокая токсичность полиацетиленовых антибиотиков не позволяет применять их для практических целей, но они интересны в теоретическом отношении как соединения, антибактериальная активность которых целиком зависит от наличия тройных связей.

Большой интерес вызвало появившееся в 1954г. сообщение об открытии противоопухолевого антибиотика азасерина, явившегося первым природным диазосоединением. Вскоре были найдены еще два сходных вещества: 6-диазо-5-оксо-L-норлейцин (DON) и алазопептин. Азасерин иDON были подвергнуты подробному биологическому и химическому изучению, а также испытаны в клинике как противоопухолевые средства, но из-за высокой токсичности оказалось невозможным применять эти вещества для лечения.

Большой и быстро увеличивающейся группой является группа полиеновых антибиотиков, из которых почти все образуются актиномицетами. Эти антибиотики слабо действуют на бактерии, но обладают, как правило, значительным антифунгальным действием. Необходимо, однако, подчеркнуть, что в эту труппу входят, по-видимому, химически - весьма разнородные соединения, которые в дальнейшем могут быть отнесены к другим типам антибиотических веществ. Выяснение строения антибиотика А-246, пимарицина и еще нескольких антибиотиков-полиенов, оказавшихся макроциклическими лактонами, позволяет предположить, что и некоторые другие антибиотики-полиены также являются макролидами. С другой стороны, некоторые из описанных полиеновых антибиотиков, по-видимому, обладают изопреноидным строением. Следует отметить, что антибиотическое действие ациклических терпеноидов и каротиноидов изучено еще очень слабо; возможно, в дальнейшем среди них будут найдены новые активные антибиотики. Явно отличается от большинства антибиотиков-полиенов фумагиллин; он образуется плесенью {Aspergillusfumigatus) и имеет совершенно иной характер биологической активности. Из большого числа известных в настоящее время алифатических антибиотиков широкое практическое применение находят лишь несколько веществ, отнесенных к группе полиенов. Это уже упоминавшиеся фумагиллин, - применяемый как средство лечения амебиаза, а также для борьбы с нозематозом пчел, и четыре антибиотика (нистатин, амфотерицин В, трихомицин и кандицидин), используемые для лечения некоторых заболеваний, вызываемых грибами и дрожжами. Наиболее важное значение эти антибиотики имеют для предотвращения и лечения кандидозов (вызываемых Candida albicans), нередко возникающих при длительном применении антибиотиков широкого спектра действия, в частности, тетрациклинов. Поэтому в последние годы тетрациклины часто применяются совместно с перечисленными полиеновыми антибиотиками (главным образом с нистатином).

Значительно меньшей по числу представителей является группа антибиотиков алициклического строения, однако и она охватывает вещества весьма различного строения -- от сравнительно просто построенных хаульмугровой и гиднокарповой кислот до таких сложных полициклических соединений, как гедерин и пристимерин, строение которого окончательно еще не выяснено.

Некоторые из алициклических антибиотиков обладают сильным и своеобразным действием. Так, хаульмугровая и гиднокарповая кислоты, открытые еще в прошлом веке, являются компонентами масел, давно применяемых для лечения проказы. Большое внимание привлек к себе открытый в 1953г. саркомицин, так как одно время высказывалось убеждение, что в силу своей малой токсичности и значительной противоопухолевой активности он окажется ценным противоопухолевым препаратом. Однако клиническая проверка не подтвердила этих предположений, поскольку лишь в редких случаях его применение давало хорошие результаты. Химия саркомицина и его аналогов изучена весьма подробно; был осуществлен синтез как его самого, так и ряда близких к нему по строению соединений. К алициклическим антибиотикам относится также группа гумулонов и лупулонов -- соединений, содержащихся в шишках хмеля и весьма близких друг к другу по своему строению. Эти соединения обстоятельно изучены в химическом отноше-нии, но ни одно из них не имеет практического применения в качестве лечебного средства, хотя некоторые из них обладают сильным антибактериальным действием invitro.

Единственной практически очень важной группой антибиотиков алициклического строения являются тетрациклины. Они представляют собой родственные друг другу замещенные гидронафтацены, для которых характерно наличие своеобравной полиоксиполикарбонильной системы. Первый представитель этой группы - хлортетрациклин (ауреомицин), был открыт в 1948г., а к настоящему времени известно восемь природных тетрациклинов, семь из которых являются высокоактивными антибиотиками с широким спектром действия. Ввиду большой практической ценности тетрациклины были подвергнуты всестороннему исследованию и им посвящена обширная литература, вследствие чего в этой книге они рассматриваются в отдельной главе. Химия тетрациклинов изучена довольно, подробно - их структурные формулы являются строго доказанными, хотя конфигурация этих соединений достоверно; еще не установлена; не осуществлен и полный синтез тетрациклинов. В результате исследования различных превращений этих антибиотиков было получено более 100 их аналогов, изучение антимикробных свойств которых позволило выяснить некоторые стороны зависимости между строением и антибиотической активностью, в частности, установить важную роль полиоксиполикарбонильной системы тетрациклинов, а также биологическую неспецифичность «верхней периферии» их молекул. Интересно отметить, что в отношении антибиотического спектра и характера действия к тетрациклинам весьма близок хлорамфеникол -- ароматическое нитросоединение, резко отличающееся от них по своему строению; по-видимому, тетрацнклияы очень сходны с хлорамфениколом и до механизму действия на микроорганизмы.

Среди антибиотиков ароматического строения значительную часть составляют сравнительно давно известные вещества, у которых в течение последнего десятилетия было обнаружено действие на те или иные микроорганизмы.

Из недавно открытых ароматических антибиотиков следует отметить группу производных фталавого альдегида, к которой принадлежат квадрилинеатин, флавипин, гладиоловая и циклопальдовая кислоты и близкие к ним дигидрогладиоловая и циклополовая кислоты. Активность этих веществ связана с наличием в их молекуле двух орто-расположенных альдегидных групп. Весьма своеобразно строение ксантоциллина X, содержащего две изонитрильные группы. Он обладает сильным антибактериальным действием и применяется в качестве местного средства при обработке ран, в хирургии и т. д.

Очень большое практическое значение быстро приобрел открытый в 1948г. хлорамфеникол (левомицетин), оказавшийся первым антибиотиком с широким спектром действия. Хлорамфеникол представляет собой относительно простое жирноароматическое соединение -- он. является N-дихлорацетильным производным трео-р-нитрофенилсеринола. За сравнительно короткий срок он был подробно изучен не только в медико-биологическом, но .и в химическом отношении. Разработка удобных методов синтеза хлорамфеникола из легкодоступного и недорогого сырья позволила осуществить (впервые в истории антибиотиков) его промышленное получение химическим путем, имеющим ряд существенных преимуществ по сравнению с биосинтетичеоким методом его производства. Одновременно с изысканием путей синтетического получения самого хлорамфеникола были проведены обширные исследования по синтезу различных его аналогов и изучению их антимикробных свойств. В результате этих исследований удалось выяснить ряд важных сторон зависимости между строением и антибиотической, активностью соединений этого типа. Оказалось, что высокая избирательность действия хлорамфеникола на микробные клетки определяется одновременно тремя факторами: сильным поляризующим действием р-нитрофенильного радикала (геометрические размеры которого не имеют существенного значения), сильным поляризующим действием дихлор ацетильного остатка (который должен одновременно удовлетворять и определенным геометрическим требованиям) и строго определенными геометрическими размерами, а также соответствующей конформацией аминопропаадиольной цепи молекулы. Механизм антибиотического действия хлорамфеникола, по-видимому, заключается в подавлении им одной из стадий бактериального синтеза протеинов. В связи с большой практической ценностью хлорамфеникола и значительным числом посвященных ему исследований, рассмотрение этого антибиотика выделено в отдельную главу.

Довольно многочисленную группу составляют антибиотики-хиноны. В первый период изучения антибиотических веществ казалось, что они представляют большой интерес, в связи с чем им было посвящено много исследований. Однако «вскоре выяснилось, что эти соединения слабо активны in vivo, обладают значительной токсичностью и мало ценны в практическом отношении. Из них лишь юглон находит ограниченное применение в ветеринарии для борьбы с некоторыми грибковыми заболеваниями. Большая часть антибиотиков-хинонов является давно известными и хорошо изученными веществами, причем они сами, а также многие их аналоги были в ряде случаев легко получены синтетически. Это обстоятельство позволило довольно подробно исследовать связь между их строением и антибиотическим действием. Были изучены некоторые частные зависимости, касающиеся влияния тех или иных изменений в строении хинонов на их активность. Оказалось, что введение в молекулу хинонов метоксильной группы усиливает их антибактериальную активность, тогда как вступление оксигрупп обычно ее ослабляет. Введение в хитоны атомов галоидов приводит, как правило, к значительному повышению антифунгального действия. Что касается механизма действия хинонов, то сделанные вначале выводы о простых зависимостях между их активностью и величиной окислительно-восстановительного потенциала или способностью реагировать с сульфгидрильными соединениями в дальнейшем не подтвердились.

За последние 10--15 лет резко возросло число антибиотиков, являющихся 0-гетероциклическими соединениями. Хотя противомикробное действие одного из них - пеницилловой кислоты - было обнаружено еще в 1913г., однако антибиотическая активность ряда других давно известных природных О-гетероциклических соединений (протоанемонина, сезамина, усниновой и вульпиновой кислот и др.) была установлена лишь сравнительно недавно. Значительная же часть представителей этой группы была впервые обнаружена только в ходе систематических поисков антибиотических веществ. В настоящее время к рассматриваемой группе соединений можно отнести более 100 антибиотиков (включая макролиды), являющихся производными как простых моноциклических пяти- и шестичленных систем (карлина-оксид, койевая кислота и др.),. так и сложных полициклических соединений с несколькими кислородсодержащими гетероциклами (цитромицетин, фусцин, трихотецин и др.). Подавляющая часть 0-гетероциклических антибиотиков образуется, высшими растениями или микроорганизмами (главным образом грибами) и лишь два представителя этой группы -- иридомирмецин и изо-иридомирмецин -- являются продуктами жизнедеятельности некоторых видов муравьев и служат им средствами защиты. Интересно отметить, что антибиотик ипомеамарон вырабатывается бататом, по-видимому, как защитное средство против возбудителей специфической болезни этого растения -- так называемый черной гнили. Относительно небольшое число антибиотиков, являющихся О-гетероциклическими соединениями, обладаетin vitro высокой антибактериальной активностью (в основном против грамположительных и кислотоустойчивых бактерий). Помимо группы макролидов, к ним относятся новобиоцин, усниновая кислота, патулин, протоанемонин, геодин, сезамин и некоторые другие. Однако малая активность in vivo или высокая токсичность большинства этих соединений препятствует их практическому применению. Исключение составляют некоторые макролиды и новобиоцин, успешно применяемые для лечения ряда заболеваний, возбудителями которых являются грамполож.ительные бактерии, в особенности устойчивые к пенициллинам. Для лечения некоторых кожных болезней и туберкулеза легких предложены препараты усниновой кислоты, но они находят очень ограниченное применение. Высокой антифунгальной активностью среди О-гетероциклических соединений обладают трихотещш, гризеофульвин, дехлор- и бромгризеофульвин, а также антибиотики антимициновой группы. Из них гризеофульвин успешно применяется для лечения некоторых кожных заболеваний человека (стригущий лишай и др.), грибковых заболеваний животных, а также для защиты растений. Отдельные представители рассматриваемой группы используются в медицинской практике не в связи с их антибиотической активностью, а благодаря другим сторонам их физиологического действия (дикумарол, обладающий геморрагическим действием, ряд флавонолов, способных уменьшать проницаемость кровеносных сосудов). Строение большинства О-гетероциклических антибиотиков в настоящее время установлено полностью, а многие из них получены синтетически. Химическое изучение таких антибиотиков, как патулин, усниновая кислота, гризеофульвин, геодин, цитринин и сезамин, потребовало значительных усилий и предлагавшиеся для них формулы неоднократно приходилось пересматривать. В качестве характерного примера можно привести усниновую кислоту, установление строения которой потребовало более чем шестидесятилетних исследований, а ее синтез был осуществлен еще на 15 лет позднее. С другой стороны, в последнее время было уделено незаслуженно много внимания изучению довольно обычных превращений, например, такого сравнительно простого соединения, как койевая кислота; отсутствие здесь интересных .или принципиально важных данных побудило нас изложить химию этого антибиотика очень сжато.

В настоящее время многие О-гетероциклические антибиотики можно объединить в группы. Среди последних наиболее важной является группа антибиотиков-макролидов, кратко рассматриваемая ниже. В другую группу входят геодин, гризеофульвин и аналоги последнего; в основе всех этих соединений лежит своеобразная ранее не известная гетероциклическая система гризана. Еще одну группу составляют хорошо изученные растительные красители -- флавоноиды и изофлавоноиды (кверцетин, датисцетин, рамнетин и др.). У которых обнаружена небольшая антибиотическая активность. В отдельные группы можно выделить производные кумарина и фурокумарина, большое число непредельных пятичленных лактонов (протоанемонин, тгеницилловая кислота и др.), а также лигнаны, являющиеся производными диоксабициклооктана.

Изучение биосинтеза ряда О-гетероциклических антибиотиков, образуемых грибами, на средах, содержащих CH₃¹⁴C0₂Na, показало, что распределение в них- атомов ¹⁴С соответствует ацетатной теории биосинтеза природных фенольных соединений. Для некоторых антибиотиков (например, гризеофульвина) доказано участие в их биосинтезе природных C₁-донорных систем (типа формиата, холина или метионина), а для тритерпеноидных антибиотиков (микофеноловая кислота, трихотецин) установлено промежуточное участие мевалоновой кислоты. Осуществ-ленный в 1955г. изящный синтез усниновой кислоты (окислительная радикальная конденсация двух молекул замещенного крезола) позволил развить теорию, согласно которой одной из стадий биосинтеза многих полициклических фенолов является окислительная конденсация простых фенольных предшественников.

Своеобразную группу О-гетероциклических антибиотиков составляют макролиды. Все они образуются актиномицетами. Изучение макролидов было начато в 1952г., когда были открыты два первых представителя этой группы -- эритромицин и магнамицин (карбомицин). Позднее было обнаружено еще свыше 20 родственных антибиотиков.

Все макролиды обладают сходным антибиотическим действием; они активны главным образом в отношении грамположительных бактерий, в том числе устойчивых к пенициллинам, стрептомицину и другим антибиотикам. Некоторые макролиды (эритромицин, магнамицин, олеандо-мицин, спирамицин, лейкомицин) быстро нашли практическое применение и стали выпускаться в промышленных масштабах. Олеандомицин (и его триацетильное производное) обладает синергидным действием с тетрациклинами, благодаря чему он обычно применяется в комбинации с последними. Химическое изучение макролидов шло очень быстрыми темпами; в настоящее время для некоторых из них полностью установлены структурные формулы и частично выяснена конфигурация. Соединения этой группы представляют собой макроциклические лактоны, к которым гликозидной связью присоединены остатки аминосахаров. В 1958--1959 гг. было обнаружено, что к макролидам относится несколько противогрибковых антибиотиков (пимарицин, филипин и др.), содержащих сопряженные полиеновые группировки. Возможно, что макролидным строением обладают и некоторые другие антибиотики-полиены.

Сравнительно немногочисленной, но важной в практическом и теоретическом отношении является группа стрептомицинов и родственных им антибиотиков. Стрептомицин -- первый и до настоящего времени наиболее важный представитель этой группы -- был описан в 1944г. как продукт метаболизма Streptomyces grlseus (Actinomyces streptotny-clni).Большая практическая ценность стрептомицина привлекла внимание многих исследователей к актиномицетам, которые вскоре стали основным источником поиска новых антибиотических веществ. В ходе изучения строения стрептомицина был получен продукт его восстановления -- дигидрострептомицин, нашедший, подобно стрептомицину, широкое применение в медицине, а позднее было выяснено, что дигидрострептомицин является непосредственным продуктом метаболизма актиномицета Streptomyces humidus. В 1949г. был описан антибиотик неомицин, оказавшийся, как показало дальнейшее изучение, смесью близких веществ; он также нашел применение в медицине.

Большую группу, как по числу входящих в нее представителей, так и по многообразию типов кольчатых группировок, составляют антибиотики, являющиеся N-гетероциклическими соединениями. Некоторые из них были известны еще до начала систематического поиска природных веществ, обладающих антимикробной активностью, например, бактериальные пигменты (шродигиозин, хлорорафин, пиоцианин, виолацеин), а также некоторые алкалоиды и порфины. Однако большинство антибиотиков этого типа было открыто сравнительно недавно. Значительная часть N-гетероцикличесшх антибиотиков образуется микроорганизмами и лишь немногие (если не считать алкалоидов) - высшими растениями. Из последних следует упомянуть бензоксазолинон-2 и его 6-метоксипроизводное, являющиеся, по-видимому, естественными защитными факторами злаковых растений. Интересно, что в соке индийской финиковой пальмы недавно был обнаружен гидразид изоникотиновой кислоты (изониазид) - ранее известный и очень подробно изученный синтетический противотуберкулезный препарат, широко применяемый в медицинской практике. В качестве нового противотуберкулезного средства нашел применение циклосерин, который получается в промышленном масштабе не только биосинтетически, но и путем химического синтеза. В некоторых странах выпускается и применяется рацемат циклосерина, так как он более активен и обладает лучшими фармакологическими свойствами, чем природное вещество, имеющее - конфигурацию. Некоторое применение в качестве амебоцида имеет пуромицин, который первоначально привлек к себе внимание как возможное противоопухолевое средство, но попытки его практического использования для лечения злокачественных новообразований привели к отрицательным результатам. В течение 1955--1959 гг. был осуществлен синтез многочисленных аналогов и производных пуромицина, многие из которых были испытаны на противоопухолевое и протистоцидное действие. Некоторые из полученных веществ превосходили пуромицин в опытах на животных, однако в литературе отсутствуют сведения об их клинических испытаниях. В начальный период изучения антибиотиков неоднократно предпринимались попытки использовать в качестве местных лечебных средств пиоцианин и продигиозин, но в дальнейшем эти вещества не нашли практического применения. Впрочем, некоторое применение для лечения местных инфекций имеет синтетический аналог пиоцианина, выпускаемый под названием саназина.

Многие -гетероциклические антибиотики хорошо изучены в химическом отношении -- у них полностью выяснено строение, а некоторые из них получены синтетически. Соединения рассматриваемой группы содержат самые разнообразные -гетероциклические системы. Так, были обнаружены антибиотики, являющиеся производными пиррола, пирролидина, хинолина, имидазола, пиримидина, пиперазина, феназина, пурина, оксазолинона, изоксазола, феноксазона, тиазола и других гетероциклических систем. Несколько N-гетероциклических антибиотиков (целестицетин, амицетин, пликацетин) содержат остатки аминосахаров, близких к тем, которые входят в состав макролидов.

Некоторые из N-гетероциклических антибиотиков могут быть подразделены на группы. Так, довольно значительные группы составляют антибиотические вещества, являющиеся производными феназина, пурина, гетероциклических гидроксамовых кислот, а также антибиотики, содержащие N,0- и ,S-гетероциклические системы. Среди последних сходным строением обладают голомицин, тиолютин и ауреотрицин, а в известной степени и глиотоксин, в молекулах которых, помимо азотсодержащих гетероциклических колец, находятся своеобразные кольца, содержащие два соединенных между собой атома серы; с наличием этих серосодержащих колец связана биологическая активность перечисленных антибиотиков.

Совершенно особое место среди гетероциклических антибиотиков, содержащих азот и серу, занимают пенициллины. Как уже было отмечено выше, открытие их лечебных свойств явилось в начале сороковых годов мощным стимулом развития учения об антибиотиках. Пенициллины и до настоящего времени сохранили свое значение как одно из наиболее важных лечебных средств. На протяжении последних 20 лет они были подвергнуты очень глубокому изучению с различных точек зрения. Выяснено, что способность образовывать антибиотики этого типа (в частности, наиболее важный из них -- бензилпенициллин) свойственна ряду плесеней и дерматофитных грибов. Были также найдены плесени, образующие новые, ранее неизвестные пенициллины. Некоторые из них оказались довольно сильно отличающимися от бензилпенициллина по антибиотическому спектру -- например, цефалоспорин N (синнематин В) подавляет примерно в равной мере грамположительные и грамотрицательные бактерии, а цефалоспорин С активен в отношении грамположительных бактерий, способных образовывать пенициллиназу.

В результате длительных исследований активность продуцентов пенициллинов была повышена в несколько сот раз. Были подробно изучены условия биосинтеза бензилпенициллина и новых биосинтетических пенициллинов, из которых феноксиметилпенициллин нашел в последние годы широкое практическое применение. В 1959г. была описана 6-ами-нопенициллановая кислота - полупродукт биосинтеза различных пенициллинов, ацилированием которой можно получать большое число различных новых пенициллинов. В результате интенсивных исследований с применением меченых соединений достигнут значительный прогресс в изучении механизма биосинтеза пенициллинов.

Антбиотики-полипептиды образуются как микроорганизмами (бактериями, актиномицетами и др.), так и животными, но они практически не встречаются в растениях. Особенно много соединений этого типа образуется различными штаммами некоторых грамположительных бактерий (Bacillus subtilis, B. brevis), причем эти бактерии образуют в большинстве случаев не отдельные соединения, а семейства близких полипептидов.

Небольшую группу составляют антибиотики-депсипептиды_:--вещества, построенные из остатков -окси- и -аминокисдот. Первыми представителями этого типа соединений были описанные в 1947--1948 гг. энниатины -- антибиотики, образуемые некоторыми видами Fusarlum.Позднее выяснилось, что к этой группе веществ относятся амидомицин и валиномицин, образуемые актиномицетами. Почти все антибиотики-депсипептиды активны в отношении микобактерий, но один из них (амидомицин) действует преимущественно на грибы. Все антибиотики-депсипептиды являются макроциклическими соединениями. Большинство из них построено из остатков только одной -оксикислоты (D--оксиизо валериановой кислоты), тогда как остатки -аминокислот, содержащиеся в их молекулах, весьма различны. Депсипептиды встречаются в природе не только среди антибиотиков.

Своеобразными хромопептидами являются актиномицины. Наличие у них одновременно пептидных и сложноэфирных связей позволяет относить их к депсипептидам. Первый представитель этого типа антибиотиков (актиномицин А) был найден еще в 1940г., причем вскоре было обнаружено, что вследствие высокой токсичности он не может найти практического применения в качестве антибактериального средства. Вскоре было открыто еще несколько аналогичных антибиотиков, названных актиномицинами В и С, причем вначале они также не нашли применения. Однако в 1952--1953 гг. было выяснено, что актиномицин С обладает значительным противоопухолевым действием, в связи с чем актиномицины привлекли к себе значительное внимание и им было посвящено большое число исследований. Было выяснено, что ранее выделенные актиномицины представляют собой сложные смеси сходных веществ, разделение которых удалось осуществить с помощью противоточного распределения и распределительной хроматографии. В 1955--1958 гг. было .почти полностью выяснено строение нескольких актиномицинов. Все они содержат одну и ту же замещенную аминофеноксазоновую кольчатую систему и две боковые цепи, состоящие из пяти аминокислот каждая, причем карбоксил концевой аминокислоты ацилирует оксигруппу треонина, присоединенного к хромофору.

Большую, но мало изученную группу антибиотиков составляют стрептотрицины, первый представитель которой был выделен из культуральной жидкости актиномицета Streptomyces tavendulae еще в 1942г. В период интенсивных поисков новых антибиотиков было описано большое число сходных со стрептотрицином веществ, характеризующихся широким спектром действия и замедленной токсичностью. В гидролизатах многих из них были обнаружены -лизин и гетероциклическая -амииокислота, а также аминосахара.

...