От греч. anti – против и bios – жизнь. Вторичные метаболиты микроорганизмов, способные в низких концентрациях подавлять жизненно необходимые процессы у других микроорганизмов и, тем самым, затормаживать их развитие и размножение. Через антибиотики реализуются антагонистические взаимоотношения в мире микроорганизмов (захват и удержание территории обитания, особенно это характерно для почвенных микроорганизмов, поскольку в почве высокая конкуренция и потому антибиотики – это оружие борьбы), на что когда-то обратили внимание англичанин Уильям Робертс, и четыре года позднее (в 1877 г.) Луи Пастер (1822–1895). Справедливости ради следует сказать, что и у них были предшественники.
В клинических целях обычно используют химические производные природных антибиотиков. К настоящему времени известно больше 7000 различных антибактериальных препаратов, принадлежащих к 20 классам химических соединений (против микроскопических патогенных грибов известны только 5 классов соединений, таких как, например, полиены (см. Амфотерицин), азолы и эхинокандины (появились в 2001 г.)). Антибиотики редко убивают напрямую**. Обычно гибель бактерий под действием антибиотиков происходит в результате возникающего окислительного стресса, приводящего к образованию свободных радикалов, которые повреждают белки, ДНК и мембранные липиды. Другими словами, антибиотики – оружие химической войны между различными видами микроорганизмов, использующееся ими для подавления какого-либо метаболического процесса в клетках-мишенях. Большинство известных природных*** антибиотиков продуцируются микроорганизмами из рода актиномицетов (стрептомицетов, Streptomyces sp.), а также определёнными видами других бактерий (например, миксобактерий) и грибов. По механизму действия антибиотики подразделяются на: 1. Ингибиторы биосинтеза белка, воздействующие на бактериальные рибосомы, такие как тетрациклины, пуромицин, аминогликозиды (например, стрептомицин), эритромицин и хлорамфиникол. (Следует отметить, что антибиотики, подавляющие механизмы бактериальной трансляции, имеют наиболее выраженные побочные эффекты, поскольку также подавляют и трансляцию в митохондриях эукариотических клеток.) 2. Ингибиторы синтеза клеточных стенок у грамотрицательных бактерий – лактамные антибиотики (пенициллины и цефалоспорины). 3. Антибиотики, блокирующие посттрансляционное созревание белков и их транспорт внути клетки, например, такие как туникамицин и брефелдин А (см. Туникамицин). 4. Транспортные антибиотики – ингибиторы или имитаторы систем бактериального транспорта. Последние, встраиваясь в клеточную мембрану, приводят к потере бактериальной клеткой ионов. 5. Интеркаляторы, например, дауномицин. Следует подчеркнуть, что антибиотики, применяемые в клинических целях, при активных физиологических концентрациях не являются ядами для человека и животных. К сожалению, широкомасштабное, бездумное и неконтролируемое применение антибиотиков привело к появлению у патогенных микроорганизмов множественной устойчивости (резистентности) и эра антибиотиков, похоже, заканчивается! В результате сложившейся очень опасной ситуации человечество, исчерпав возможности создания новых по механизму действия антибиотиков, может оказаться перед непобедимым врагом (см. Бактериостатики, Бактериоциды, Идиолиты, Бактериальные биоплёнки). Виды, продуценты антибиотиков, обладают различными механизмами защиты, предохраняющими их от самоуничтожения, такими как ферментативная деградация антибиотика, модификация мишени антибиотика в собственных клетках, активное удаление антибиотика из клеток и ограничение его проницаемости в клетки. У бактерий, чувствительных к антибиотикам, обнаружен фундаментальный механизм защиты с помощью образования сероводорода**** (H2S), который, являясь сильнейшим восстановителем, гасит действие свободных радикалов. Бактерии, в которых нарушен механизм образования H2S, становятся на порядок более чувствительными к действию антибиотиков. Показано, что у некоторых видов бактерий защитным фактором служит также оксид азота (NO).
По-видимому, “золотой век” антибиотиков закончился. За истекшие 30 лет в клиническую практику были внедрены только 3! новых препарата, включая новый класс антибиотиков, таких как халицин, тогда как в предыдущие десятилетия их буквально “штамповали” сотнями. Последний совершенно новый антибиотик был зарегистрирован в 2003 г. (см. Плевромутилин). Следует отметить одну простую закономерность – чем больше распространяются эффективные антибиотики, тем больше появляется опасных бактерий.
В связи с масштабным распространением инфекций, устойчивых к известным антибиотикам, в Шотландии в 2012 г был принят проект под названием “Глубоководные антибиотики”. Цель проекта найти неизвестные антибиотические вещества, производимые немногочисленными микроорганизмами (бактериями и грибами), обитающими в океанических глубоководных жёлобах, т. е. живущие в крайне экстремальных условиях, где эти вещества могут обеспечивать им селективные преимущества. Некоторые надежды в борьбе против резитентности инфекционных агентов возлагаются на антибиотики, ориентированные антителами, что было продемонстрировано в успешных экспериментах на мышах в 2015 г. калифорнийскими исследователями из биотехнологической компании Genentech, которые связали антитела против устойчивой формы Staphylococcus aureus с производным антибиотика рифампицина (см. Стафилококки).
У ос-пчелоедов (“пчелиных волков”) вида Philanthus basilaris, живущих в земле, на усиках-антеннах были обнаружены сообщества бактерий рода Streptomyces, продуцирующих коктейль из 40 антибиотических веществ (представленных в основном модификациями двух соединений – стрептохлорина и пиерицидина), подавляющих развитие грибковых инфекций у личинок. И этот коктейль существует неизменным уже в течение 68 млн. лет (с конца Мелового периода), сохраняя свою эффективность!
*Считается, что автором слова “антибиотик” является американский микробиолог Зельман (Зенхам) Абрахам Ваксман (Waksman S. A., 1888–1973), который предложил термин в 1942 г.. Изначально термином “антибиотики” обозначались любые микробные продукты, которые в низкой концентрации могут ингибировать рост или убивать другие микроорганизмы. Первым в истории человечества антибиотиком, применяемым в медицинских целях, стал пенициллин. Он был выделен в 1929 г. из грибка, относящегося к группе зелёной плесени, английским военным врачом и микробиологом Александром Флемингом (Alexander Fleming, 1881–1955), получившим в 1945 г. Нобелевскую премию по физиологии или медицине (см. Лизоцим). Премия была присуждена также английскому патологу Хоуарду Уолтеру Флори (1898–1968), впервые успешно применившему пенициллин в клинической практике, и немцу, жившему с 1933 г. в Великобритании, Эрнсту Борису Чейну (1906–1979), установившему химическое строение пенициллина. Следует отметить, что древние популяции людей могли обладать эмпирическими знаниями для получения продуктов, содержащих антибиотики, и использовать их как лекарственные средства. Биоархеологи обнаружили в костях древних нубийцев тетрациклин, продуцируемый почвенными бактериями из рода стрептомицетов. Предполагают, что антибиотик содержался в пиве, производимом целенаправленно с помощью специальной ферментации.
**Правильнее считать, что антибиотики подавляют развитие микроорганизмов, поскольку на фоне действия антибиотиков чаще возникают различные формы скрытых (замаскированных) инфекций.
***Существуют и синтетические антибиотики, такие, как, например, сульфаниламиды, а также антибиотики из группы фторхинолонов – ингибиторы ДНК-гиразы (см. Гиразы (ДНК-гиразы)).
****Всегда считалось что сероводород – это побочный продукт жизнедеятельности бактерий.