Явление антагонизма. Антибиотики и их применение в растениеводстве

При антагонизме один вид микробов угнетает развитие других видов, а иногда и полностью уничтожает их. Явление антагонизма у микроорганизмов очень распространено. Различные виды микробов па протяжении длительной истории эволюции в борьбе за существование вырабатывали те или иные средства борьбы со своими конкурентами. Средства эти очень различны. Одни виды вытесняют другие своим обильным и очень быстрым размножением. Другие виды вырабатывают неспецифические и специфические вещества, которые подавляют рост многих микробов. К неспецифическим веществам относятся органические кислоты, спирты, перекиси, сероводород, аммиак и пр. Так, молочнокислые бактерии подавляют развитие гнилостных бактерий, образуя молочную кислоту. Дрожжи образуют спирт, который подавляет развитие других микробов. Эти вещества являются отходами в процессе обмена веществ.

Изменения рН среды, окислительно-восстановительный потенциал, поверхностное натяжение и другие физические факторы также могут вызвать задержку развития и гибель тех или иных микробов сообщества.

Хорошо выражены антагонистические свойства у представителей нормальной микрофлоры, например: кишечной палочки в кишечнике взрослых людей. Наибольшее количество антагонистов-микробов находится в почве, имеющей обильную микрофлору. Чем больше заселена почва микробами, тем острее между ними идет борьба за существование и тем чаще в ней встречаются микробы-антагонисты. Явление антагонизма между микробами начинают исследовать на практике для устранения вредной микрофлоры в почве. Соответствующей обработкой почвы, ведущей к обильному развитию антагонистов, можно подавить вредную микрофлору. На корнях (ризосфере) многих растений развивается микрофлора, содержащая мною различных антагонистов-микробов. Так, посев трав на загрязненную почву быстро освобождает ее от кишечной группы бактерий. Посев люцерны освобождает почву от фитопатогенного гриба - возбудителя вилта хлопчатника. Посев чеснока, ржи, пшеницы подавляет рост сибиреязвенной палочки.

Среди бактерий антагонистические свойства наблюдаются более часто у споровых палочек - Вас. mesentericus, Вас. subtilis и др. Среди неспоровых следует отметить чудесную палочку (Bact. prodigiosum) синегнойную палочку и др. Синегнойная палочка уничтожает палочки брюшного тифа, дизентерии, сибирской язвы, чумы и др. Особенно выражены антибиотические свойства у актиномицетов в отношении бактерий. Актиномицеты растут гораздо медленнее, чем бактерии. Но актиномицеты компенсируют этот недостаток тем, что выделяют в почву особые вещества, которые задерживают быстрый рост бактерий и даже вызывают гибель их.

В дальнейшем оказалось, что существуют микробы, у которых определенные продукты их обмена чрезвычайно сильно угнетают развитие и убивают микробов других видов. Эти вещества развились в процессе эволюции как специальные своеобразные орудия защиты и нападения против микробов других видов, с которыми они постоянно сталкиваются в природе.

Такие вещества называются антибиотиками. Они в настоящее время широко применяются в борьбе с инфекционными заболеваниями человека, животных и растений. Открытие и использование антибиотических веществ явилось одним из самых блестящих достижений микробиологии и медицины.

Антибиотиками (анти - против, биос - жизнь; против жизни микробов) называются специфические вещества, образуемые микроорганизмами, которые подавляют рост болезнетворных микробов в организме человека и животных. Антибиотики, в отличие от антисептиков, действуют избирательно, подавляя только определенные виды микробов. Для каждого антибиотика характерен свой набор подавляемых микробов или, иначе говоря, свой антимикробный спектр действия. Так. стрептомицин действует на большее количество разных видов микробов, чем пенициллин, - значит, спектр действия стрептомицина шире, чем у пенициллина.

Механизм действия антибиотиков заключается в подавлении определенных процессов в обмене веществ микробной клетки: процессов питания, дыхания, размножения. Антибиотик вызывает лишь первое повреждение возбудителя заболевания. Действие это главным образом бактериостатическое. Окончательная же гибель микроба происходит под действием естественных защитных сил в самом организме человека. Таким образом, лечебное действие антибиотиков сводится к совместным воздействиям антибиотика и организма человека. В больших дозах антибиотики оказывают и бактерицидное действие.

К лучшим и наиболее хорошо изученным антибиотическим препаратам относятся пенициллин и стрептомицин.

Пенициллин (C₁₆H₁₈O₄N₂S) - дипептид - исключительное по силе своего действия лекарство. Получается он из зеленой плесени пенициллиума (Pen. chrysogermm). Он действует против всех кокков, многих грамположительных бактерий, спирохет, но не оказывает действия на грамотрицательные бактерии, в частности на возбудителей кишечных инфекций, не действует он также на вирусы, риккетсии, протозоа.

Ввиду того что пенициллин быстро выводится из организма, его приходилось вводить больному через каждые три часа, это очень неудобно для больного. Теперь получены препараты с длительным действием: новоциллин вводят один раз в течение 48 часов, бициллин задерживается в организме больного до шести суток. Приготовлены пенициллины, которые не разрушаются желудочным соком и принимаются через рот в виде таблеток. Пенициллин был первым антибиотиком, получившим широкое распространение в лечении.

До применения пенициллина от сепсиса (заражение крови) умирало 50-60% больных, от послеродового сепсиса - 70-80% рожениц. Теперь эти заболевания излечиваются пенициллином за 5-7 дней. Антибиотики намного превосходят действие противомикробных сульфамидных препаратов. Благодаря пенициллину и другим антибиотикам хирурги получили возможность делать операции на сердце, на мозге, в грудной полости, не боясь смертельных нагноений. Некоторые инфекции почти совсем перестали встречаться, другие протекают сравнительно легко. Недаром современную медицину называют эрой антибиотиков.

Стрептомицин (C₆H₁₈N₆О₄), получаемый из лучистого гриба Actinomyces globisporus, хорошо действует при тех болезнях, при которых помогает и пенициллин. Но у него более широкий антимикробный спектр действия. Стрептомицин оказался могущественным средством в борьбе с туберкулезом. Он применяется для лечения туберкулеза в комплексе с фтивазидом, паском и другими средствами. Туберкулезный менингит был неизлечим раньше и приводил детей быстро к смерти, теперь же при лечении стрептомицином дети, как правило, выздоравливают. Он является единственным средством для лечения людей от чумы.

Антибиотики тетрациклинового ряда - биомицин, тетрациклин, террамицин и др. - имеют еще более широкий спектр. Также широкое применение находят левомицетин, синтомицин, мономицин, нистатин и многие другие. Нистатин является антибиотиком против грибов, особенно дрожжеподобных из рода Кандида.

Сейчас идут большие работы по изысканию противоопухолевых антибиотиков.

Антимикробные вещества высших растений были исследованы Б. П. Токиным, который назвал их фитонцидами. Фитонциды образуются очень многими растениями. Они обнаружены в соке алоэ, бобов, различных злаков, горчицы, томатов, хрена, эвкалиптов, черемухи, березы и др. Они оказывают угнетающее действие на бактерии, актиномицеты, грибы, простейшие, насекомые, а также на фаги. Более всего фитонцидов содержат лук и чеснок. Соки или кашица из последних, а также выделяемые ими летучие вещества убивают в течение нескольких минут стафилококки, стрептококки, кишечную и дизентерийную палочки и др. Фитонциды представляют собой защитное средство высших растений от микроорганизмов.

Антибактериальных веществ из животных тканей немного. Проф. З. В. Ермольева получила антибиотик экмолин из молок осетровых рыб. Применяют его больше совместно с пенициллином и другими антибиотиками для усиления и удлинения их действия на микробы. Также он предложен для профилактики и лечения катаральных явлений в верхних дыхательных путях при гриппе.

Лизоцим находится в яичном белке, в слюне, слезах, мокроте, в различных органах животных (печень, почки и др.). Он растворяет живые и мертвые сапрофитные микробы, является естественным защитным фактором организма в отношении микробов. Таким же защитным фактором, но против вирусов является интерферон, который также относится к антибиотикам.

Кроме лечения инфекционных заболеваний человека и животных, в настоящее время антибиотики находят широкое применение: 1) для стимуляции роста и продуктивности животных; 2) для профилактики отдельных массовых бактериальных и грибковых заболеваний растений и животных; 3) для консервирования различных пищевых продуктов. При таком консервировании максимально сохраняются витамины и питательные вещества, разрушающиеся при термических методах стерилизации.

Частым осложнением при лечении антибиотиками является превращение чувствительных к антибиотику микробов в устойчивые, нечувствительные формы. В борьбе за жизнь болезнетворные микробы начинают приспосабливаться к воздействию антибиотиков, привыкают к ним, получают способность переносить всевозрастающие их дозы. Здесь особенно ярко проявляется распространенное в мире микробов свойство их приспособительной изменчивости. Антибиотикоустойчивость особенно резко выражена к пенициллину и стрептомицину, первыми вошедшими в лечебное применение.

Антибиотикоустойчивость развивается при неправильном пользовании антибиотиками, когда применяются недостаточные дозы, особенно с частыми перерывами. Механизм образования этой устойчивости еще недостаточно изучен. Он может быть различным. Некоторые микробы приобретают свойство вырабатывать фермент, разрушающий пенициллин, - пенициллиназу. Устойчивость может быть результатом возникновения новых путей обмена, при помощи которых микробная клетка продолжает существовать без тех ферментов, которые вышли из строя. Возможно, имеют значение физико-химические изменения поверхности микробной клетки, приводящие к различной способности фиксировать антибиотик. Так, устойчивые микробы связывают меньшее количество пенициллина, чем чувствительные. Антибиотикоустойчивость микробов может возникнуть в результате мутационной изменчивости. В отдельных случаях приобретенная устойчивость микроба к одному антибиотику может сопровождаться повышением чувствительности к другому и, наоборот, повышением устойчивости к какому-либо иному антибиотику без контакта с последним.

При длительном использовании некоторых антибиотиков, особенно стрептомицина, микроорганизмы настолько приспосабливаются к развитию в присутствии этого антибиотика, что без последнего уже не могут расти. Антибиотик становится потребностью нормального питания этого микроба. Такие штаммы микробов называются антибиотикозависимыми, ибо жизнь их становится возможной только в присутствии данного антибиотика.

Одним из тяжелых осложнений от применения антибиотиков является возникновение суперинфекции (дополнительной инфекции). Антибиотики особенно широкого спектра действия подавляют не только возбудителя заболевания, но и нормальную микрофлору организма, главным образом кишечника и дыхательных органов. При этом заболевание может под воздействием антибиотика закончиться благополучно, но некоторые представители нормальной микрофлоры, не поддавшиеся действию антибиотика, не встречая конкуренции со стороны подавленных видов, начинают бурно развиваться и вызывать различные поражения организма вплоть до общей инфекции. К такого рода заболеваниям относятся кандидомикозы, вызываемые дрожжеподобным грибом Candida albicans, а также колиты (воспаление слизистой толстых кишок), вызываемые устойчивыми к пенициллину стафилококками, протейными и другими гнилостными палочками, на которые антибиотик не действует.

Надо еще иметь в виду один недостаток антибиотиков. Иногда они могут вызывать у отдельных лиц повышенную чувствительность. При повторном лечении пенициллином у таких лиц возникают различные аллергические реакции (крапивница, кожный зуд, боль в суставах и пр.).

Все эти недостатки антибиотиков заставляют ученых все время производить исследовательскую работу. Научная работа проводится в двух направлениях. Во-первых, производятся обширные поиски новых антибиотиков, более совершенных, к которым микробы не имеют устойчивости. Для этого выделяют из почвы и других источников новые культуры актиномицетов, плесеней, бактерий с антагонистическими свойствами. Обычно эти природные антагонисты не особенно активны, это, так сказать, "дички" по сравнению с культурными, применяемыми в производстве. Поэтому микробиологи, генетики и селекционеры подвергают их различным физическим (ультрафиолетовые, рентгеновские лучи, быстрые нейтроны) или химическим воздействиям для повышения образования ими антибиотических веществ в десятки, сотни раз. Так, плесневой гриб, которым пользуются в настоящее время в производстве пенициллина, также в свое время подвергался такому воздействию. В результате его активность была увеличена в несколько сот раз по сравнению с исходным. А это значит, что при одном и том же оборудовании можно получать продукции в сотни раз больше.

Приготовление пенициллина и других антибиотиков в настоящее время представляет собой огромное заводское производство.

В лаборатории такого завода всегда сохраняется чистая культура микроорганизма, из которой в производстве получают соответствующий антибиотик. Эта культура (штамм) должна обладать свойством образовывать большие количества антибиотического вещества на специальной питательной среде. Активность, или сила, антибиотика определяется единицами действия (ЕД). ЕД - то наименьшее количество антибиотика, которое задерживает развитие тест-микроба на питательной среде. Тест-микробом обычно служит стандартная культура гноеродного стафилококка. За единицу действия пенициллина принимается 0,6 микрограмм (мкг) очищенного кристаллического препарата.

Для промышленного производства пенициллина применяется штамм Pen. chrysogenum, активность которого была увеличена за 17 лет до 3000 единиц в мл методом вегетативной гибридизации, отбора и воздействия различных физических факторов (ультрафиолетовых, рентгеновских лучей).

Гриб выращивают в глубине жидкой питательной среды при хорошем ее аэрировании и при температуре 20-25° в специальных ферментерах или танках емкостью в десятки тысяч литров. Гриб растет несколько суток и выделяет в питательную жидкость антибиотическое вещество. Конечно, вся аппаратура и все процессы должны проводиться совершенно стерильно. Дальше определяют ЕД полученного антибиотического вещества, производят микробиологический и биохимический контроль. Затем производят выделение из питательной жидкости антибиотического вещества и определяют его концентрацию путем экстракции, адсорбции или осаждения, т. е. физико-химическим путем. В результате получается кристаллический порошок, который расфасовывается в ампулы или пузырьки.

В настоящее время учение об антибиотиках вылилось в огромную и важную область прикладной микробиологии с мощной производственной базой для изготовления различных биопрепаратов и с многочисленными кадрами исследователей.

Вопрос 98.

Основы систематики грибов.

Название класса	Какими спорами представлено размножение	Представители
половое	бесполое
Аскомицеты	проходит в форме гаметангиогамии, без образования дифферинцированных гамет. Для этого на разных гифах образуются половые органы: мужские — антеридии и женские — архикарпы, представляющие собой видоизменённые оогонии.	осуществляется практически всегда конидиями. Они могут быть одноклеточными, с разным числом поперечных перегородок, с продольными и поперечными перегородками (муральными). Чаще всего конидии эллипсоидные, могут быть округлыми.	сморчки, пармелию, строчки и трюфели, дрожжи.
Зигомицеты	При контакте противоположных мицелиев (слиянии клеток на их концах - зигогамии), формируется зигота, после мейоза, дающая зачаточный мицелий со спорангием, в котором развиваются споры полового спороношения, дающие вегетативный мицелий разных знаков.	образуются спорангии (многочисленные спорангии с 2—3 спорами), в которых развиваются споры бесполого спороношения, дающие новые вегетативные мицелии	хищные грибы, обладающие клейкими гифамами и ловчими кольцами
Базидиомицеты	Половое размножение происходит в виде соматогамии, при которой сливаются две вегетативные одноядерные клетки гаплоидного мицелия. У небольшого количества гомоталличных видов могут сливаться клетки одного и того же мицелия. Большинство видов являются гетероталличными, соответственно у них соматогамия происходит только между гифами с противоположными знаками «+» и «-». Половые органы у базидиальных грибов не образуются.	Бесполое размножение базидиомицетов осуществляется конидиями, но происходит редко	шляпконожечные грибы, желеобразные, ржавчинные грибы, а также устомицеты
Дейтеромицеты		Размножаются исключительно бесполым путём, при котором образование конидий происходит на изолированных или расположенных группами конидиеносцах или специальных образованиях, называемых пикнидами.	К дейтеромицетам относятся три порядка: Sphaeropsidales, Melanconiales и Hyphomycetales, представители которых широко распространены в почве.

Таб. 4

Типы питания микроорганизмов.

Типы питания	Источники энергии	Источники углерода	Микробы
Фотоавтотрофы (фотолитотрофы)	свет	СО₂	цианобактерии, зеленые и пурпурные бактерии
Фотогетеротрофы (фотоорганотрофы)	свет	органические соединения	пурпурные, зеленые бактерии, нитчатые бактерии
Хемоавтотрофы (хемолитотрофы)	Неорганические вещества	СО₂	хемолитотрофные бактерии
Хемогетеротрофы (хемоорганотрофы) сапрофиты паразиты		СО₂

Рис 1.

Гриб: Мукор

Пенициллиум.

Аспергиллус.

Триходерма

Рис.2

Шаровидные, палочковидные, извитые и нитчатые формы бактерий.

1 — стафилококки; 2,3 — диплококки; 4 — стрептококки; 5 — тетракокки; 6 – сардины; 7,8 — палочки, не образующие спор; 9 — палочки, образующие споры; 10 — вибрионы; 11 — спириллы; 12 — спирохеты

Монококки

Бациллы

Рис.3

Внутренняя структура бактериальной клетки

Рис. 4.

Расположение спор у бактерий.

1. Бациллярное

2. Клостридиальное

3. Плектридиальное

Рис. 5. Бактерии с различным числом и расположением жгутиков.

Многие бактерии неподвижны, если же они способны передвигаться, то это движение обеспечивается жгутиками- структурами, расположенными на поверхности клеток. Жгутики представляют очень тонкие образования; по химическому составу - это белок флагеллиц. При полярном расположении жгутиков они действуют подобно корабельному винту и проталкивают клетку в окружающей жидкой среде. Вращательное движение жгутика происходит за счет базального тела. Жгутики вращаются сравнительно быстро. Бактерии для своих размеров двигаются очень быстро, за одну секунду они преодолевают расстояние, равное примерно 20 диаметрам самой бактериальной клетки. Вращаясь со скоростью 3000об/мин, они тянут за собой клетку. От количества и расположения жгутиков зависят характер и быстрота движения. При помощи органов движения бактерии движутся целенаправленно. Такие направленные перемещения бактерий называют таксисами. В зависимости от условий среды различают хемо-, аэро- и фототаксисы. Бактериальные клетки перемещаются в ту зону обитания, в которой условия для их существования оптимальны.

По количеству жгутиков и их локализации на поверхности клетки различают несколько групп бактерий: монотрихи, имеющие один жгутик, прикрепленный к одному из полюсов клетки; лофотрихи, или монополярные политрихи, с пучком жгутиков, расположенных на одном из полюсов клетки; амфитрихи, или биполярные политрихи, с жгутиком или пучками жгутиков на обоих полюсах клетки; перитрихи с многочисленными жгутиками, расположенными по всей поверхности клетки (количество их может достигать 1000 на клетку).

Без жгутиков способны передвигаться только скользящие бактерии и спирохеты. У спирохет - прямолинейные аксиальные фибриллы, вокруг которых обвивается тело имеющей форму винтовой линии бактерии, у нитчатых форм, способных к скользящему движению - система фибрилл, каждая из которых имеет форму винтовой линии, образующих цилиндрическую поверхность вокруг всего трихома, тип движения, обнаруженный у некоторых грамотрицательных микроорганизмов, скольжение при соприкосновении с твердым субстратом. Это движение связано, с волнообразным сокращением белковых микрофибрилл, расположенных между наружной мембраной и слоем пептидогликана.

Список используемой литературы

· Г.Ф. Гаузе-лекции по антибиотикам.

· Н.А. Красильников – Антогонизм микробов и антибиотические вещества.