Антагонистические взаимоотношения

Антагонистические взаимоотношения проявляются в подавляющем влиянии одного или нескольких членов микробного сообщества другими представителями.

Пассивный(или конкурентный) антагонизм– взаимодействия, при которых разные виды микроорганизмов используют одни и те же питательные вещества. Это конкуренция за пищу и жизненное пространство. В этой борьбе преимущества получают быстрорастущие микроорганизмы, не требовательные к источникам питания.

Активный антагонизм обусловлен выделением бактерицидных веществ. Ими могут быть неспецифические продукты обмена, например, органические кислоты, спирты, аммиак, фенолы и др., вызывающие коагуляцию белков цитоплазмы. Так, молочнокислые бактерии, подкисляя среду, вызывают угнетение гнилостных бактерий.

Наиболее резко выпаженные антагонистические взаимоотношения проявляются в форме паразитизма и хищничества, т.е. удовлетворения своих пищевых потребностей за счет жертвы.

Хищники умертвляют свою жертву сразу.

Паразиты питаются за счет живого организма, который остается живым в течение более длительного времени. Например, риккетсии, бактериофаги являются клеточными паразитами.

Антибиоз – форма антагонизма, обусловленная продуцированием антибиотиков (греч. anti – против, bios– жизнь), т.е. специфических микробиоцидных или микробиостатических веществ, избирательно действующих на другие микроорганизмы.

Антибиотики

Историческая справка. Термин «антибиотики» впервые введен в 1942 г. З.Ваксманом для обозначения химических веществ, продуцируемых микроорганизмами и способных подавлять рост других микроорганизмов. Еще в 1871-72 гг. В.Манассеин и А.Полотебнов наблюдали антагонистическое действие зеленой плесени на гноеродные кокки. В 1886 г. Б.Гозио выделил из Penicillium sp. кислоту, которая позднее была получена в чистом виде (микофеноловая кислота), она угнетала рост Bacillus anthracis(возбудителя сибирской язвы). Продуцентом первого антибиотика пенициллина был штамм микроскопического гриба Penicillium notatum, выделенный английским ученым А. Флемингом в 1928 г. Оксфордские биохимики Е.Чейн и Г.Флори в 1941-42 гг. получили из культуральной жидкости этого гриба пенициллин в чистом виде. За это открытие А.Флеминг, Е.Чейн и Г.Флори были удостоены Нобелевской премии. Первый отечественный пенициллин крустозин был получен в 1943 г. З.В. Ермольевой из Prnicillium crustosum. Антибиотик уже в годы Великой Отечественной войны получил высокую оценку как средство лечения гнойно-воспалительных процессов. С открытием антибиотиков возникла новая область в биологии – наука об антибиотиках. В настоящее время известны полусинтетические антибиотики, представляющие собой модификации ядер молекул природных антибиотиков, обнаружена также противоопухолевая активность некоторых антибиотиков.

Антибиотикаминазываются специфические вещества, образуемые клеткой в процессе жизнедеятельности, а также их производные и синтетические аналоги, обладающие способностью избирательно подавлять развитие микроорганизмов или задерживать развитие злокачественных новообразований. Известно более 2000 антибиотиков, из них в клинической практике используются около 50. Антибиотики обладают высокой биологической активностью в отношении чувствительных к ним микроорганизмов. Их действующие концентрации составляют мкг или даже десятые и сотые доли мкг. Антибиотики обычно продуцируются клетками в питательную среду, а оттуда извлекаются химическими методами.

По происхождению антибиотики подразделяются на:

1) продуцируемые актиномицетами (стрептомицин, эритромицин, мономицин, канамицин, нистатин, гентамицин), большинство используемых в медицине антибиотиков, выделено из актиномицетов;

2) продуцируемые грибами,продуцентами более 100 антибиотиков являются микроскопические грибы (пенициллин, цефалоспорины – род. Cephalosporium);

3) продуцируемые бактериями, чаще всего продуценты антибиотиков встречаются среди спорообразующих грибов (грамицидин – Bacillus brevis, полимиксин – Bacillus polymyхa), хотя имеются и среди неспорообразующих бактерий (из молочнокислых бактерий Streptococcus lactis получен и нашел применение в пищевой промышленности антибиотик низин), один и тот же микроорганизм может продуцировать большое количество антибиотиков разного строения (из Bacillus subtilis выделено свыше 70 антибиотиков, из Pseudomonas aeruginosa – более 30);

4) продуцируемые растениями (фитонциды), например, из бессмертника получен антибиотик аренарин, из чеснока – аллицин, из зверобоя – иманин и новоиманин, эти антибиотики применяют в медицине и в растениеводстве для борьбы с возбудителями болезней сельскохозяйственных растений;

5) полученные из тканей животных (к таким антибиотикам относится лизоцим – белок, губительно, действующий на микроорганизмы; лизоцим содержится в слюне, яйцах, сыворотке крови, лейкоцитах, молоке, рыбьем жире. Из молок рыб получен антибиотик экмолин, он обладает антимикробным и антивирусным действием, усиливает эффективность действия других антибиотиков при совместном применении).

Химический состав. По химическому составу наиболее распространенные антибиотики относятся к следующим группам :

1) азотсодержащие гетероциклические соединения, имеющие в своем составе β-лактамное кольцо (пенициллины, цефалоспорины);

2) ароматические соединения, производные диоксиаминофенилпропана - левомицетин, (хлорамфеникол);

3) тетрациклины, содержащие четыре конденсированных шестичленных цикла (тетрациклин и его производные);

4) аминогликозидные соединения, в составе которых имеются аминосахара (стрептомицин, мономицин, канамицин, гентамицин);

5) макролиды, содержащие макроциклическое лактонное кольцо, связанное с аминосахарами (эритромицин, олеандомицин);

6) ациклические соединения с несколькими сопряженными двойными связями -(СН=СН)– (полиеновые соединения - нистатин, леворин).

Имеются и другие химические группы антибиотиков, которые реже используются качестве химиотерапевтических препаратов. Химические формулы некоторых антибиотиков представлены на рисунке 2.2.

1 2

3 4

Рисунок 2.2 – Структурные формулы некоторых антибиотиков

1 – пенициллин; 2 - левомицетин; 3 – стрептомицин; 4 – тетрациклины.

Механизм антимикробного действия.Можно выделить антибиотики: угнетающие синтез клеточной стенки бактерий (пенициллины, цефалоспорины); нарушающие функции рибосом и процессы синтеза белков в микробных клетках (макролиды, аминогликозиды, тетрациклины, левомицетин); нарушающие функции цитоплазматической мембраны (полимиксин, нистатин, леворин, грамицидин); нарушающие синтез РНК бактерий (рифампицин); подавляющие репликацию ДНК (новобиоцин). Механизм действия противоопухолевых антибиотиков обусловлен главным образом нарушением метаболизма ДНК и РНК опухолевых клеток.

Антимикробный спектр действия. Антибиотики подразделяются на две группы - антибиотики узкого спектра действия и антибиотики широкого спектра действия.

К антибиотиками узкого спектра действия относится пенициллины, оказывающие губительное действие только на грамположительные бактерии и кокки, спирохеты. Они неактивен в отношении грамотрицательных бактерий, кислотоустойчивых бактерий, микоплазм, риккетсий, простейших.

Антибиотиками широкого спектра действия являются аминогликозиды, они подавляют рост кислотоустойчивых бактерий (туберкулезную палочку), рост многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, некоторые действуют на простейших. К антибиотикам широкого спектра действия относятся также тетрациклины.

Устойчивость к антибиотикам. Многие антибиотики постепенно утратили свою эффективность в связи с возникновением у микроорганизмов устойчивости к ним. Естественная устойчивость обусловлена отсутствием у микроорганизмов "мишени" для действия антибиотиков, т.е. отсутствием у микроорганизмов такого звена в цепи метаболических реакций, которое блокировалось бы под действием антибиотиков. Приобретенная устойчивость может быть обусловлена мутациями в хромосомных генах, контролирующих синтез компонентов клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, рибосомальных или транспортных белков. Такого рода мутации делают клетку неуязвимой для антибиотиков.

Пробиотики

Пробиотики (лат. probiotic – для жизни) – микроорганизмы или субстанции, которые способны оказывать при их применении оздоровляющий эффект на макроорганизмы.

Термин впервые использовали в 1965 г. Д. Лили и Р. Стилвел для обозначения метаболитов, продуцируемых одними микроорганизмами для стимуляции роста других. Позже этим термином стали обозначать микроорганизмы, которые при введении в состав продуктов питания человека или в корма животных, воздействуют на организм путем оздоровления микрофлоры кишечника, поддерживают и восстанавливают биологический баланс его нормальной микрофлоры. Живые микроорганизмы (например, штаммы живых бактерий в йогурте) должны присутствовать в достаточно большом количестве, оставаясь стабильными и жизнеспособными как при хранении, так и после введения в организм; они должны адаптироваться в организме хозяина и оказывать благоприятное влияние на его здоровье. В качестве пробиотиков чаще всего используют бифидобактерии и лактобациллы.

Пребиотики – это вещества или диетические ингредиенты, которые избирательно стимулируют рост и биологическую активность микроорганизмов в кишечнике, положительно влияющих на состав микробиоценоза.

Вопросы для самопроверки

1. Какие точки действия внешних факторов на микроорганизмы называются кардинальными?

2. В чем различие эвритермных и стенотермных микроорганизмов?

3. В чем различие клеточных мембран психрофильных и термофильных микроорганизмов?

4. Какие микроорганизмы называются термогенными?

5. Почему микроорганизмы лучше переносят низкие температуры, чем высокие?

6. В чем различие процессов стерилизации и пастеризации?

7. В чем заключается механизм губительного действия высушивания на микроорганизмы?

8. С чем связано губительное действие ультразвука на микроорганизмы?

9. Что происходит с молекулами ДНК при ультрафиолетовом облучении микроорганизмов?

10. Какие микроорганизмы называются ацидофильными?

11. Что характеризует окислительно-восстановительный потенциал?

12. Каковы значения шкалы rН₂?

13. Какие микроорганизмы называются микроаэрофилами?

14. Каким может быть воздействие химических веществ на микроорганизмы?

15. Что такое дезинфекция?

16. Что такое симбиоз?

17. Какие существуют разновидности симбиотических взаимоотношений микроорганизмов между собой и с макроорганизмами?

18. Какие вещества называются антибиотиками?

19. Чем обусловлена резистентность микроорганизмов к антибиотикам?

20. Что такое пробиотики и пребиотики?

Литература: [2, 4, 5, 7, 9, 11].