Взаимоотношения микроорганизмов

Совместное существование различных организмов получило название симбиоза, в широком смысле слова – сожительства. Симбиотические отношения можно подразделить на конкурентные и ассоциативные.

Ассоциативные взаимоотношения. Ассоциативные взаимоотношения микроорганизмов осуществляются в виде метабиоза, симбиоза, комменсализма, сателлизма.

Метабиоз – взаимоотношения, при которых один микроорганизм своей жизнедеятельностью создает условия для развития другого. Аммонифицирующие бактерии разлагают органические азотсодержащие соединения с образованием аммиака, создают тем самым субстрат для развития нитрификаторов. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов, служащих акцепторами электронов при нитратном дыхании денитрифицирующих бактерий. Именно метабиотические отношения микроорганизмов лежат в основе круговорота основных биогенных элементов в природе.

Симбиоз в узком смысле слова подразумевает тесные ассоциативные взаимоотношения микроорганизмов, стимулирующих и поддерживающих развитие друг друга. Симбионты совместно всегда развиваются лучше, чем каждый из них в отдельности. Иногда симбиоз становится настолько глубоким, что организмы утрачивают способность развиваться самостоятельно, например молочнокислые бактерии и дрожжи, образующие кефирные зерна.

Комменсализм проявляется взаимоотношением, при котором взаимная польза совместно существующих микроорганизмов не выражена отчетливо, но они и не причиняют вреда друг другу. Примером может служить нормальная микрофлора кишечника человека и животного.

Сателлизм – разновидность ассоциативных взаимоотношений, предусматривающая стимуляцию одного микроорганизма другим. Так, дрожжевые грибы и сарцины, продуцирующие различные аминокислоты и витамины, очень часто способствуют росту и размножению других, более требовательных к питательному субстрату бактерий, молочнокислых или уксуснокислых.

Конкурентные взаимоотношения. Конкурентные взаимоотношения микроорганизмов проявляются в разной форме. Это отношения антагонизма, при котором один микроорганизм своей жизнедеятельностью подавляет развитие другого. Открытие явления антагонизма принадлежит
Л. Пастеру (1877), описавшему гибель возбудителя сибирской язвы в совместной культуре его с синегнойной палочкой. Идею использования антагонизма микробов на благо медицины впервые высказал И.И. Мечников. Он пропагандировал использование молочнокислых бактерий (болгарской палочки) для нормализации микрофлоры кишечника и подавления гнилостных микробов.

Разновидностью активных антагонистических отношений является антибиоз, в основе которого лежит выделение одним микроорганизмом вещества, токсичного для другого. Именно на этом свойстве микроорганизмов основано применение арсенала современных антибиотических препаратов.

Крайнее проявление конкурентных взаимоотношений микроорганизмов выражает паразитизм. При паразитизме один микроорганизм использует другой как источник питательного субстрата, что нередко сопровождается гибелью жертвы. В 1963 г. Г. Штольп и М. Старр впервые описали бактерию-паразита Bdellovibrio bacteriovorum. Этот микроб паразитирует на многих грамположительных и грамотрицательных бактериях. Bdellovibrio внедряется в клетку, через 3–5 ч в клетке образует 20–50 клеток-паразитов. Клетка бактерии-жертвы лизируется, освобождая поколение паразита в среду. Бактерии рода Bdellovibrio широко распространены в природе – в почве, в морских и пресноводных водоемах.

Антибиотики

Антибиотики – высокоактивные метаболиты микроорганизмов, избирательно подавляющие рост многих бактерий, единичных вирусов и некоторых опухолей.

Продуцентами антибиотических веществ являются актиномицеты, плесневые грибы и бактерии. Большая часть антибиотиков, вошедших в клиническую практику, получена из актиномицетов (стрептомицин, левомицетин, тетрациклины, канамицин, эритромицин, нистатин и др.). Продуцентами пенициллинов и цефалосиоринов являются плесневые грибы рода Penicillium и рода Cephalosporium. Такие антибиотики, как грамицидин С и полимиксины, выделены из бактерий Bacillus brevis и Bacillus polymyxa.

Механизм действия антибиотиков на микроорганизмы различен. Некоторые из них (пенициллины, цефалоспорины) подавляют синтез нентидогликана клеточной стенки бактерий. Другие антибиотики (грамицидин, нистатин, леворин, нолимиксины) нарушают жизненно важные функции цитонлазматической мембраны. Ряд антибиотиков (стрептомицин, тетрациклин, канамицин, гентамицнн, левомицетин) выступают в роли ингибиторов синтеза белков на рибосомах бактериальной клетки. В последнее время созданы новые антибиотики «резерва» (новобиомицин, митомицин С и порфиромицин), способные непосредственно подавлять репликацию ДНК и синтез РНК бактериальной клетки.

По характеру антимикробного эффекта выделяют антибиотики узкого и широкого спектра действия. Антибиотики с узким спектром действия, например пенициллины, подавляют рост грамположительных кокков и бактерий, грамотрицательпых кокков и спирохет, но не действуют на кислотоустойчивые и грамотрицательные бактерии, микоплазмы, риккетсии и простейших. Антибиотики широкого спектра действия, например тетрациклины, подавляют рост многих грамположительных, грамотрицательных и кислотоустойчивых бактерий, а также рост риккетсий, хламидий и микоплазм.

За единицу действующего начала антибиотика (1 ЕД) принимают наименьшее количество препарата, подавляющего рост стандартного штамма тест-микроба. Для большинства антибиотиков 1 ЕД обычно соответствует 1 мкг химически чистого препарата, однако для пенициллинов
1 ЕД равна 0,6 мкг натриевой соли бензилпенициллина. В качестве тест-микроба для пенициллинов служит Staphylococcus aureus, для стрептомицина и ряда других антибиотиков – Escherichia coli.

До настоящего времени антибиотики в основном производят биологическим путем, выращивая активные штаммы продуцентов на питательной среде. Дальнейшая технология производства заключается в очистке и концентрировании препарата, а также обязательной проверке его на токсичность к макроорганизму и активность к тест-микробу. Лишь для некоторых антибиотиков разработан химический синтез, например для левомицетина и синтомицина.

Эра антибиотикотерапии началась в годы второй мировой войны (1942–1943), когда было осуществлено промышленное производство пенициллина в США Г. Флори и параллельно в СССР З.В. Ермольевой. Сегодня растет число антибиотикорезестентных микроорганизмов. Так, частота обнаружения пенициллиноустойчивых стафилококков составляет уже 72–83%; устойчивость стафилококков к стрептомицину достигает 60–70%.

Антибиотикорезестентность, то есть устойчивость бактерий к антибиотикам, обусловлена мутациями в генах, кодирующих синтез белков, веществ клеточной стенки, цитоплазматической мембраны и других структурных компонентов бактериальной клетки. У некоторых микроорганизмов антибиотикорезестентность является врожденной, что объясняется отсутствием у них «мишени» для действия данного антибиотика. Так, микоплазмы неуязвимы для пенициллинов, так как лишены клеточной стенки, синтез компонентов которой подавляют антибиотики данной группы. Появлению антибиотикорезестентности способствует широкое и часто бесконтрольное применение лекарственных препаратов без достаточного на то основания, а также использование их в качестве добавок в корма животных для усиления их роста.

Антибиотики дают различные побочные действиях на организм человека. Установлено, что длительное лечение стрептомицином приводит к снижению слуха, прием левомицетина подавляет функцию кроветворных органов, тетрациклины вызывают расстройство функций печени и кишечного тракта. Введение многих антибиотиков нередко сопровождается аллергическими реакциями макроорганизма – от дерматитов до шокового состояния. Бесконтрольный прием антибиотиков может привести к дисгармонии в развитии нормальной микрофлоры организма человека, к расцвету грибной микрофлоры, вызывающей микозы. Используют назначение антибиотиков широкого спектра действия с противогрибковым препаратом, таким, как нистатин или леворин.

На сегодняшний день антибиотики являются наиболее сильными по действию лекарственными препаратами, но применение их целесообразно лишь в серьезных случаях, когда не помогают сульфамиды.

К веществам легкого антибиотического действия относятся фитонциды, выделяемые растениями (луком, чесноком, хреном), а также некоторые препараты животного происхождения (лизоцим, эритрин, экмолин).

К настоящему времени выделено свыше 2000 различных антибиотических вещест. Перспективным является направленние создания химической модификации имеющихся антибиотиков, включающих активные группы, стойкие к действию ферментов бактериальной клетки. Примерами таких препаратов служат полусинтетические пенициллины – метициллин, оксациллин, ампициллин, карбенициллин.