В атмосферном воздухе всегда есть микробы — они попадают в воздух с поверхности земли и предметов вместе с поднимающейся пылью, мельчайшими капельками влаги, сдуваемыми с водной поверхности. Микробы очень малы, и вследствие своей ничтожной массы они взвешены в воздухе вместе с частицами пыли.
Они самые разнообразные — от обычных безвредных до патогенных, вызывающих инфекционные заболевания (туберкулезная палочка, вирус гриппа, кори и др.). В малонаселенных местностях, особенно, там, где много хвойных лесов, микробов будет значительно меньше, так как выделяемые хвойными растениями фитонциды (пахучие летучие вещества) обладают способностью уничтожать их. Не случайно многие здравницы, санатории, дома-отдыха строят в лесных зеленых массивах. Мало микробов над большими водными пространствами, над горами и снегами, в воздухе Крайнего Севера.
В сильно загрязненных пыльных помещениях микробы с пылевыми частицами разносятся по всем комнатам. Если открыть чашку Петри с агаром (твердой питательной средой) на несколько минут в комнате, где было много людей, микробы вместе с пылевыми частицами осядут на поверхности питательной среды; после 24 ч выдерживания в термостате при температуре 30°С на чашках появятся разной формы образования — это колонии микробов, выросших из одной клеточки, задержавшейся на агаре. Красочная картина: колонии микробов круглой формы, в виде звездочек, овалов, паучков будут окрашены в разные цвета — красный, розовый, зеленый, оранжевый, желтый, белый, голубой и т. д. Это пигментные формы микроорганизмов, образующие красящие вещества.
В воздухе часто находятся микроскопические грибы, дрожжи, сардины (круглые клетки, соединенные в пакеты), стафилококки (круглые клетки, напоминающие грозди винограда), многочисленные палочковидные формы, образующие споры и т. д.
Содержание микробов в воздухе меняется в зависимости от времени года. Меньше всего их зимой, так как снежный покров почвы не способствует попаданию микробов в воздух. В сухую солнечную погоду много микробов погибает от действия ультрафиолетовых лучей. Мы знаем, что врачи рекомендуют часто проветривать помещение, особенно в ясный солнечный день, когда велико ультрафиолетовое излучение, что является одним из способов очищения помещений от микробов.
Воздух может служить средой для передачи инфекции непосредственно от больных людей здоровым (это такие заболевания, как грипп, скарлатина, корь), а также переносить микробы, содержащиеся в частицах слизи и пыли (туберкулезная палочка вместе с мокротой долго сохраняется в помещениях).
Большое количество микробов попадает в воздух при чихании, кашле и разговоре людей. Крупные капли, величиною 100—2000 мкм, выбрасываются на расстояние 2—3 м и быстро оседают, а вот мелкие (1—10 мкм) капли бактериального аэрозоля могут несколько часов и даже суток находиться во взвешенном состоянии в помещении. Известно, что человек в среднем вдыхает за сутки от 12000 до 14000 л воздуха, 99,8% микробов, содержащихся в воздухе, задерживаются на поверхности дыхательных путей. Тем самым организм человека ограждает себя от проникновения микробов в легочные пути. В воздухе школьных помещений при отсутствии проветривания и влажной уборки количество микробов может достигать до 100000 в 1 м3.
Проблема освоения космоса непосредственно связана с изучением микробов, обитающих в воздушной среде. Вопросы охраны окружающей среды затрагивают проблемы чистоты воздуха, который окружает все живое и является началом жизни растений, животных, человека и микробов.
Основное место обитания микробов — почва (будь то Крайний Север или знойная пустыня), там микробы находятся в весьма деятельном состоянии. Почва очень населена микроорганизмами, особенно окультуренная — черноземная. В 1 г почвы находится от нескольких десятков миллионов до миллиардов микробных клеток. Особенно много разнообразных микробов в верхних почвенных горизонтах. По предварительным подсчетам, 1 га почвы населяют 4 ц бактерий; 2—3 ц грибов, водорослей и простейших, а всего 1 га содержит 5—6 т микроорганизмов. Почвенные бактерии имеют большое значение в плодородии почв. Питаясь отмершими остатками растений и животных, они постоянно восполняют запасы питательных веществ, необходимых для жизни растений.
Немаловажную роль играют специальные клубеньковые бактерии, способные усваивать азот из воздуха, они находятся на корнях бобовых растений. Кроме бобовых способностью к образованию клубеньков обладает более 200 видов небобовых. Связывать молекулярный азот воздуха могут и многие другие бактерии, а также некоторые актиномицеты и сине-зеленые водоросли. Около корня каждого растения в почве находится большое количество микроорганизмов. Это ризосферная микрофлора. Она выполняет очень важные функции: снабжает растения аминокислотами, витаминами, гетероауксином, способствует их развитию, снижает поражаемость, благодаря образованию антибиотических веществ, улучшает структуру почвы.
В почве могут находиться и различные возбудители заболеваний растений, например, микроскопический грибок поражает хлопковые поля: это очень опасная инфекция — вилт. Он приводит к гибели больших площадей посевов, что наносит огромный ущерб сельскому хозяйству хлопководческих районов.
Многие бактериальные болезни растений сопровождаются увяданием листьев, стеблей и приводят к гибели сельскохозяйственных культур (рак томатов, кольцевая гниль картофеля и т. д.). Высшие растения оказывают большое влияние на развитие отдельных видов бактерий. Установлено, что прикорневые микробы разнятся в зависимости от вида растений.
В почве хорошо сохраняются споры многих вредоносных патогенных бактерий, вызывающих заболевания человека и животных (возбудитель сибирской язвы, столбняка и др.).
В результате жизнедеятельности микроорганизмов образуется органическое вещество почвы в форме так называемого гумуса, запасы которого составляют основу плодородия почвы. Немалое значение имеет обработка почвы; в пахотных слоях микробное население резко возрастает, а вот в целинной почве микроорганизмов содержится на 10—25% меньше. Микроорганизмы принимают участие в почвообразовательных процессах — во всех стадиях образования почв. Микробы минерализуют, разлагают органические вещества, образуя соединения азота, фосфора, калия, витамины, гормоны и различные ростовые вещества, необходимые для роста растений.
Природные воды так же, как и почва, представляют среду, благоприятную для размножения микробов, особенно если в них находится достаточное количество пищи. Вода содержит растворимые органические и минеральные вещества, которые используются микроорганизмами.
Существуют в природе микробы, которые используют ядовитые вещества, например, фенольные сточные воды, образующиеся там, где в качестве сырья применяют бурый уголь или сланец. При очистке осадков сточных вод выделяется водород и метан — отличная среда для роста водородо- и метанокисляющих бактерий. В почве, водоемах накапливается большое количество солей азотной кислоты. В некоторых странах даже питьевая вода содержит повышенное количество нитратов; есть и такие микроорганизмы, которые используют эти ядовитые соединения. Сточные воды, содержащие большое количество фосфора и неорганических соединений азота, используются в США и Японии для выращивания одноклеточных водорослей, добавляемых к кормам животных. Одновременно происходит очистка сточных вод и накопление ценного белка.
Микроорганизмы живут в различных водоемах, будь то озера, реки, моря или океаны, соленые, пресные, чистые или загрязненные, холодные, ледяные или горячие. Интересные исследования проведены в 1975 г. лабораторией космической микробиологии Института микробиологии Академии наук СССР. Ученых интересовал вопрос: есть ли микробы в толще ледяного купола Антарктиды, где абсолютный минимум температуры достигает —88,3° С. На советской внутриконтинентальной станции «Восток» была установлена передвижная микробиологическая буровая установка и специальными методами найдены различные микроорганизмы в толще льда на глубине 200—300 м. Возраст этих горизонтов исчисляется примерно 8—13 тыс. лет. Значительно чаще обнаруживают микробов в рыхлых слоях ледяного покрова на глубине 80—90 м. Найденные микроорганизмы обладают удивительной особенностью — все они сохранили жизнеспособность. Как же попали микробы в ледяной покров Антарктиды, насчитывающий сотни тысяч лет? Ученые предполагают, что микробы были занесены воздушными потоками и осадками из других благоприятных для жизни микробов мест. Возможно, и с космической пылью? Ведь уже экспериментально доказано, что даже суровые условия космоса не исключают возможности выживания простейших микроорганизмов, а их анабиоз может продолжаться тысячелетия.
В воде в растворенном виде содержатся различные химические вещества — кислород, азот, углекислота, соединения серы, железа и др. Чем выше содержание питательных веществ в воде, тем больше в ней микроорганизмов. Особенно сильно загрязнены водоемы крупных городов и населенных мест, а вода артезианских колодцев и ключей очень чистая. Наибольшее количество микробов находится в поверхностном водяном слое, с увеличением глубины на 20 м они практически отсутствуют. Водные бактерии составляют значительную массу органических веществ. Источником энергии для их развития служат отмирающие водоросли — фитопланктон и водные растения. Одноклеточные зеленые водоросли в фитопланктоне океанов составляют 80% всех органических веществ, образовавшихся на нашей планете путем фотосинтеза. Микроорганизмы, выделенные из глубин морей (6000 м), размножаются при давлении 600 атм, тогда как наземные погибают. Свечение моря ночью вызвано микроорганизмами, имеющими жгутики и носящими название Ноктилюка — «ночной светлячок». Живут микроорганизмы и в горячих источниках при температуре, достигающей 90° С. Выделены микробы из соленых вод (Мертвое море, Большое соленое море). Эти бактерии образовывали желтые и красные пигменты, а рыбы, обнаруженные в этих источниках, имели оранжевую окраску.
Загрязненные водные источники обладают способностью к биологическому самоочищению, которое заключается в осаждении взвешенных частиц и окислении органических соединений. Различают аэробный процесс с участием свободного кислорода и анаэробный — без кислорода воздуха. Существуют специальные биологические станции очистки воды, где работают сотни миллионов микробов, находящиеся в так называемом «активном иле», они разлагают органические соединения до простых неорганических: воды, углекислого газа, водорода, нитратов и сульфатов. На станциях аэробной биологической очистки сооружаются специальные установки — био- и аэрофильтры, аэротанки.
В воде находятся, как правило, обычные, так называемые «водные», микроорганизмы — это непатогенные различные нитчатые: серо- и железобактерии, много слизистых форм, подвижные, имеющие жгутики водные вибрионы (изогутные) и спириллы. Много бактерий, разрушающих целлюлозу, — остатки древесины и т. д. Общее число бактерий планктона варьирует от 300000 до 2339000 в 1 мл воды. Если в воду попадают патогенные микробы, они могут долго сохраняться в ней, особенно в чистой, так как отсутствует конкуренция с другими микроорганизмами.
Роль воды в передаче заразного начала очень велика. Она определяется возможностью длительного сохранения в воде патогенных микробов.
Выживаемость микробов в воде, дней
|
Вид микроба |
Стерильная |
Загрязненная |
Водопроводная |
Речная |
Колодезная |
|
Кишечная палочка |
8—365 |
— |
2—262 |
21—183 |
— |
|
Брюшнотифозная палочка |
6—365 |
2—42 |
2—93 |
4—183 |
1,5—107 |
|
Дизентерийная палочка |
2—72 |
2—4 |
15—27 |
12—92 |
— |
|
Холерный вибрион |
3—392 |
0,5—213 |
4—28 |
0,5—92 |
1—92 |
|
Возбудитель бруцеллеза |
6—168 |
2—77 |
5—85 |
— |
4—122 |
Распространение инфекционных заболеваний при употреблении инфицированной воды раньше было не редким, поскольку в городах отсутствовала водопроводная сеть.
Микроорганизмы в природных условиях находятся в сложных взаимоотношениях между собой. Прежде всего необходимо знать, что есть большая группа микробов, которая обитает вне живого организма, питаясь различными мертвыми органическими веществами. Микробы могут жить в организме, на коже, слизистых оболочках, но не вызывать заболевания. Такие микроорганизмы называют сапрофитами (от греч. «сапрос» — «гнилой» и «фитон» — «рост»). Но существует группа вредных микробов, живущих и размножающихся в живом организме. Их называют паразитами, или патогенными (от греч. «патос» — «болезнь», «генезис» — «происхождение»). Основная масса их — бактерии (возбудители рожи, дифтерии, туберкулеза, чумы, столбняка, сибирской язвы и др.), есть и вирусы.
Микробы соприкасаются друг с другом во все моменты своей жизни; вот тут-то и происходят разные занимательные истории: то соседи дружат друг с другом, то ссорятся, а то не замечают присутствия соседа, бывают случаи, когда нетерпимость выходит за рамки приличия и тут разыгрываются «кулачные» бои по большим или незначительным причинам.
Как же выражается «дружба» микробов? Порою совершенно разные по всем своим признакам микробы не расстаются друг с другом. Это явление принято называть симбиозом. Примеров очень много: азотобактер развивается совместно с бактериями, разлагающими целлюлозу, а они, в свою очередь, разлагая сахара и органические кислоты, представляют для него хорошую пищу. Азотобактер же, усваивая азот прямо из воздуха и переводя его в органическое азотное вещество, способствует развитию целлюлозных бактерий.
Кефирные «зерна» представляют прочный симбиоз молочнокислых бактерий с дрожжами. Молочнокислые бактерии разлагают молочный сахар (лактозу) на простые сахара (глюкозу и галактозу), доступные дрожжам, которые сбраживают их до спирта. Дрожжевые клетки образуют витамины группы В, так необходимые для развития молочнокислых бактерий.
Яркий пример симбиоза — развитие сине-зеленых водорослей в клетках инфузории. Это тесное сожительство обусловлено взаимовыгодными условиями: простейшие в процессе дыхания разлагают сахара, получаемые фотосинтезирующей водорослью, до углекислого газа и воды, используя при этом кислород. Водоросль поглощает освобожденный углекислый газ и воду и в процессе фотосинтеза выделяет кислород, необходимый для дыхания простейших.
Интересной формой взаимоотношений может быть так называемый метабиоз — когда продукты жизнедеятельности одних создают необходимые условия для развития других. Так, гнилостные микроорганизмы способствуют размножению нитрифицирующих бактерий; аэробы, поглощая кислород, создают возможность для развития анаэробов, развивающихся в отсутствие свободного кислорода воздуха. Метаболистические взаимоотношения лежат в основе круговорота веществ в природе, обусловливают смену одних микробов другими.
Борьба за существование, конкуренция за овладение питательными веществами нашла свое отражение в явлении антагонизма, когда один микроб сражается с другим и в этой борьбе побеждает сильный и выносливый. Особенно широко развивается борьба в почве, микроскопическое население которой очень разнообразно. В битвах участвует несколько сотен миллионов микробов. Микроорганизмы обладают различным оружием в борьбе за существование. Одни способны подавлять конкурентов быстрым размножением, другие вырабатывают кислоты (молочнокислые бактерии), убивающие остальную микрофлору, некоторые микробы образуют токсические вещества и протеолитические ферменты. Бывает, что это защитное свойство выражается в образовании антибиотиков, действие которых направлено против определенных микроорганизмов.
Антагонизм может проявляться различно: бактериостатически, когда угнетается размножение бактерий, бактерицидно, когда бактерии убиваются антибиотиками, и бактериологически, когда клетки бактерий убиваются и растворяются. Изучение антагонизма помогло ученым понять многие моменты в жизни микробов, определить и выделить антибиотики и заложить основу их промышленного получения, а также применять в медицине и сельском хозяйстве.
Встречаются интересные бактерии, являющиеся внутриклеточными паразитами микроорганизмов. В 1963 г. Г. Штольц описал мелкие подвижные бактерии Бделловибрио бактериоворум, которые в течение нескольких секунд добираются до своих жертв, пробуравливают клеточную стенку и через 22 мин оказываются внутри клетки. Паразиты, уничтожая содержимое жертвы, быстро размножаются, и через 3—5 ч клетка разрушается, а бактерии ищут новую пищу.
Паразитические бактерии широко распространены в природе: в воде, в гниющих жидкостях и других объектах.
Есть очень занятные и хищные грибы — нематофаги, питающиеся микроскопическими нематодами, которые наносят огромный вред корнеплодам и другим сельскохозяйственным культурам. У этих грибов на концах гифов появляются крупные клейкие ответвления в виде петель. Когда нематода, коснувшись клейкого отростка и пытаясь оторваться от него, просовывает голову или хвост в петлю клетки, петли мгновенно набухают, закрывают просвет и крепко сжимают нематоду, и червь в безжалостных тисках погибает, а под действием ферментов переваривается и усваивается грибом. Все это происходит очень быстро, буквально за несколько секунд. Из гифов мицелия грибов прорастают искривленные клетки, соединяющиеся в кольцо. Червь, попавший в кольцо, выбраться не может, а внедряющиеся гифы гриба «поедают» его содержимое. Особенность «хищных» грибов ученые используют в борьбе с нематодами: вредителями картофеля, овса и других культур.
Человек в своей повседневной жизни старается изучить особенности «невидимок» и использовать их необычайные способности образовывать антибиотики (от греч. «анти» — «против», «биос» — «жизнь»). Способностью вырабатывать антибиотики обладают также некоторые виды животных и растений.
К настоящему времени выделено более 2000 различных антибиотиков, но промышленность выпускает их около 50 (3—4%), широко применяемых в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве. В нашей стране и за рубежом проводится большая работа по выделению и поиску новых антибиотиков, которые проходят клинические испытания в научных центрах Академии наук СССР и в научно-исследовательских институтах антибиотиков.
История открытия пенициллина очень интересна. Известными русскими учеными А. Г. Полотебневым и В. А. Манассеиным в 70-х годах XIX в. изучалась в течение ряда лет зеленая плесень Пенициллиум, которая применялась для лечения язв и нагноений. В. А. Манассеин — известный терапевт и передовой общественный деятель — в 1871 г. написал работу «Об отношении бактерий к зеленому кистевику», где показал, что плесень препятствует росту микробов.
Таким образом, задолго до работ Александра Флеминга двое выдающихся русских ученых заложили идею лечения некоторых заболеваний антибиотиками.
Большой интерес представляют исследования талантливого ученого П. В. Лебединского, указавшего в своей докторской диссертации (1877) на любопытный факт уменьшения числа бактерий в испражнениях людей после приема внутрь плесени или продуктов, зараженных ею. История открытия пенициллина начинается в 1928 г. с работы английского ученого А. Флеминга, который заметил, что на чашке с посевом гноеродного микроба — стафилококка, случайно загрязненной плесенью, вокруг плесени стафилококков почему-то не было. Это наблюдение навело ученого на мысль, что плесень содержит какое-то вещество, уничтожающее гноеродного микроба. После выращивания гриба в течение двух недель на мясном бульоне и фильтрации жидкость оказалась более эффективной, чем известные антисептические средства. Действующее вещество Флеминг назвал пенициллином, исходя из названия грибка Пенициллиум нотатум. О своем замечательном открытии Флеминг говорит, что, конечно, все бактериологи встречались с фактом загрязнения культур микроскопическими грибами. Вполне вероятно, что кто-нибудь другой заметил бы, как и он, подобные изменения, но, не имея специального интереса к поискам естественных бактерицидных веществ, он скорее всего отложил бы эту чашку в кучу посуды для мытья.
Пенициллин долгие годы изучался только лабораторно, так как имел малую стойкость и вызывал болезненные ощущения при введении. В 30-х годах о пенициллине почти забыли и только начавшаяся вторая мировая война побудила исследователей вновь заняться поисками веществ, уничтожающих микробов.
В 1939 г. микробиолог Дюбо при выращивании споровой палочки Бациллюс бревис получил антибиотическое вещество тиротрицин, которое в ничтожных количествах убивало патогенные микробы. Более интенсивные исследования были проведены в 1939 г. на родине Флеминга сотрудниками Оксфордского университета Г. У. Флори и З. Б. Чейн, и в 1941 г. ими был получен чистый кристаллический концентрированный пенициллин, убивающий гноеродных возбудителей и безвредный для человека. За открытие, выделение и успешное лечебное применение пенициллина А. Флеминг, Г. У. Флори и З. Б. Чейн были удостоены высшей международной награды — Нобелевской премии. В 1942 г. ученые располагали очень малым количеством пенициллина — его было достаточно для лечения лишь одного человека. Большая потребность в этом замечательном препарате привела к созданию в короткий срок пенициллиновой промышленности. В нашей стране биохимиками и микробиологами разрабатывались новые, более современные методы получения пенициллина.
В этом отношении велика заслуга действительного члена АМН СССР профессора З. В. Ермольевой, которая получила пенициллин-крустозин из плесени Пенициллиум крустозум.
Шла война. Необходимо было спасать жизнь тысячам раненых бойцов, которые погибали от общего заражения крови — сепсиса. З. В. Ермольева выехала на фронт и там в условиях полевых госпиталей проверяла эффективность советского пенициллина.
В 1942 г. двумя советскими учеными Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражниковой был выделен еще один противогноеродный антибиотик — грамидин, образуемый Бациллюс бревис. Этот препарат с успехом применялся при лечении раненых во время Великой Отечественной войны. Антибиотиками лечили незаживающие раны после ожогов, гнойные заболевания суставов, костей, особенно при хронических воспалениях, не поддающихся лекарственному лечению.
В 1944 г. американский микробиолог С. Я. Ваксман с сотрудниками получил новый антибиотик — стрептомицин — из лучистого гриба Стрептомицес гризеус. Этот антибиотик действует не только на гноеродные микробы, но также является хорошим средством для борьбы с пневмонией (воспаление легких), чумой, туберкулезом, дифтерией, коклюшем. Открытие стрептомицина, подавляющего возбудитель туберкулеза, спасло много людей, страдающих этим тяжелым заболеванием. В 1947 г. С. Я. Ваксман удостаивается Нобелевской премии.
Стрептомицин часто употребляют в сочетании с пенициллином, экмолином и различными витаминами.
После исследования С. Я. Ваксмана начались интенсивные поиски новых антибиотиков. Большая группа химически близких антибиотиков, относящихся к тетрациклинам, была открыта в 1945 г. (хлорамфеникол и хлортетрациклин), а в 1950 г. синтезирован окситетрациклин. Эти антибиотики подавляют развитие возбудителей сыпного тифа, лихорадки скалистых гор и некоторых вирусных заболеваний. Тетрациклины широко применяются не только в медицине, но и в животноводстве для усиления роста животных и птиц, пищевой промышленности для консервирования скоропортящихся продуктов.
В 1952 г. найден антибиотик эритромицин, обладающий активным действием на возбудителей дифтерии, сибирской язвы, риккетсий и т. д.
В 1960 г. наступил «расцвет» производства полусинтетических пенициллинов с широким спектром действия против разнообразных возбудителей инфекционных заболеваний. Поиски новых антибиотиков постоянно продолжаются. Недаром наш двадцатый век называют веком антибиотиков.
Ученые ищут антибиотики для борьбы с бактериями, грибами, вирусами, простейшими, а также для лечения раковых больных. Но необходимо из всей массы антибиотиков отобрать те, которые соответствовали бы требованиям медицины: были безвредны для больных и в короткий срок излечивали от инфекций.
Первый известный противораковый антибиотик — актиномицин — был выделен американскими микробиологами из Стрептомицес антибиотикус еще в 1940 г. Противораковое свойство у него обнаружено только в 1952 г., но из-за токсичности препарата применение его ограничено.
В 1963 г. в нашей стране найден новый антибиотик — брунеомицин, он подавляет рост некоторых злокачественных опухолей человека и лабораторных животных (мыши и крысы).
К противораковым антибиотикам, полученным из актиномицетов, относятся рубомицин, оливомицин, стрептонигрин, дауномицин и др. Все они прошли клинические испытания и широко применяются в онкологических клиниках, где лечат раковых больных.
Для лечения микозов — заболеваний, поражающих волосы, кожу и ногти патогенными грибами, применяют антибиотики нистатин, трихомицин, амфотерицин В, гризеофульвин. Как уже указывалось, антибиотики в основном выделены из культур актиномицетов, грибов и бактерий, но имеются антибиотики животного происхождения (лизоцим, экмолин, эритрин). Впервые лизоцим был обнаружен в белке куриного яйца русским ученым П. Н. Лященковым в 1909 г. Лизоцим есть в слезах, слюне, сердце, печени, селезенке и различных выделениях. Действие его на микробы заключается в том, что он растворяет клеточные оболочки, и чувствительные микробы погибают. В настоящее время получен кристаллический лизоцим из белка куриного яйца, и применяют его для лечения кожных и глазных заболеваний, а также в хирургической практике. Давайте понаблюдаем, как ведет себя раненая собака и другие животные: они зализывают больные места и вместе со слюной вносят защитное вещество — лизоцим. Обычно раны не нагнаиваются. Находящийся в слезах лизоцим предохраняет роговицу глаза от попадания микробов из воздуха, а потому и гнойные заболевания глаз встречаются достаточно редко. В организме животных и человека лизоцим — естественное защитное средство против патогенных микробов.
Из печени рыб в 1950 г. З. В. Ермольевой был выделен антибиотик экмолин, он обладает способностью задерживать развитие дизентерийной, тифозной палочек, вируса гриппа и различных возбудителей нагноительных процессов (стафилококков, стрептококков).
Растения, окружающие нас, особенно хвойных пород, выделяют ароматические вещества — фитонциды, губительно действующие на микробы.
Фитонциды (от греч. «фитон» — «растение», и лат. «цедере» — «убивать») открыты советским ученым Б. П. Токиным в 1928 г.
Установлено, что гектар соснового бора выделяет в атмосферу за сутки около 5 кг летучих фитонцидов, а можжевелового леса — около 30 кг, тем самым способствуя снижению количества микробов в воздухе. Поэтому в хвойных лесах, особенно в молодом сосновом бору, воздух почти стерилен, что является важным моментом при курортном лечении легочных больных. Фитонциды — естественный иммунитет (невосприимчивость) растений. Растения как бы сами себя стерилизуют продуктами своей жизнедеятельности. Они очень эффективны. Так, фитонциды чеснока, лука, хрена в первые минуты (даже в первые секунды) действия убивают многие виды простейших, бактерий и низших грибов.
Мы с вами хорошо знаем, что при недомогании, насморке, кашле, слезотечении стоит только пожевать лук или чеснок и понюхать их резкий запах, как наступает облегчение. В медицинской практике широко используют препараты чеснока, хрена, зверобоя пронзеннолистного (препарат иманин) и других растений, содержащих фитонциды, для лечения гнойных ран, воспалительных процессов. Например, настойку чеснока применяют для подавления процесса гниения и брожения в кишечнике, при пониженной подвижности кишечника и колитах, при гипертонии и атеросклерозе. Спиртовая (40%-пая) вытяжка из чеснока имеет такое же применение.
Аллилглицер изготавливают из сгущенной вытяжки лука, смешанной пополам с глицерином, он содержит фитонциды и широко применяется в гинекологии.
Из лишайника Рамалина ретикулята и других выделена натриевая соль усниновой кислоты — уснинат натрия. Она обладает противомикробным действием и применяется для лечения ран, ожогов и др.
Новоиманин — антибактериальный препарат, полученный из зверобоя продырявленного, или пронзеннолистного, применяют в виде мази при лечении гноящихся ран, абсцессов, флегмон, а также в виде ингаляций (аэрозолей) при пневмониях.
В листьях эвкалипта обнаружена смесь хлорофиллов, обладающих антибактериальной активностью. Настойка 1%-ного спиртового раствора применяется при лечении ожогов и незаживающих трофических язв. Внутрь принимают в клизмах при гнойных заболеваниях кишечника; внутривенно — 0,25%-ный раствор при пневмониях и общем заражении крови (сепсисе), особенно если микроб устойчив к антибиотикам.
Спиртовая 70%-ная настойка календулы — цветов и цветочных корзинок ноготков — помогает при порезах, гнойных ранах, ожогах, ангинах.
Как же все-таки антибиотики уничтожают микробов? Что происходит с вредными микробами, когда они соприкасаются с антибиотиками? Прежде всего для того, чтобы антибиотик был применен в медицине как лекарственное средство, он должен действовать только на микробов, быть устойчивым, легко усваиваться организмом и после выполнения своей задачи быстро выводиться из организма человека.
Механизм действия «волшебной пули» антибиотика до последнего времени еще полностью не выяснен. Успехи молекулярной биологии в значительной мере позволили определить эффект большинства антибиотиков.
Установлено, что пенициллин препятствует образованию клеточной стенки бактерий, в результате микробы остаются «голыми», т. е. стенка исчезает, а протоплазма остается незащищенной от влияния окружающей среды.
После действия антибиотика бактерии некоторое время еще размножаются, но так как клеточной стенки нет, они очень скоро погибают.
Некоторые антибиотики (грамицидин) губительны для цитоплазматической мембраны, а именно белковолипидного комплекса. В результате мембрана утрачивает способность служить барьером проницаемости и клетка погибает.
Многие антибиотики влияют на генетический аппарат клетки. Все противоопухолевые антибиотики подавляют образование нуклеотидов, от этого изменяется функция нуклеиновых кислот и нарушаются их свойства в синтезе белка.
Тетрациклин, эритромицин, стрептомицин, проникая в клетку бактерий, нарушают функцию рибосом (РНК — место образования белка), что приводит к прекращению роста бактерий, и клетка погибает.
За время применения антибиотиков в медицине резко снизилась смертность от многих инфекционных заболеваний, особенно туберкулеза, брюшного и сыпного тифа, кишечных болезней, что отразилось на повышении средней продолжительности жизни человека. По статистическим данным, в период с 1937 по 1952 г. благодаря применению сульфаниламидов и антибиотиков было спасено более полутора миллионов человеческих жизней.
Ну, а как микробы относятся к антибиотикам? Что произошло за эти 20—30 лет их успешного массового применения? Известно, что каждый яд имеет противоядие, что же является противоядием в данном случае?
В настоящее время наступил период массовой устойчивости целого ряда возбудителей к антибиотикам. Первые «ошеломляющие» результаты лечения болезней были поистине огромны, затем микробы постепенно выработали устойчивость к наиболее часто применяемым антибиотикам и потому не всегда погибают при их применении.
Механизм антибиотикорезистентности может быть разнообразным. Устойчивые стафилококки вырабатывают фермент пенициллиназу, которая разрушает молекулу антибиотика, образуя пенициллиновую кислоту, не обладающую антибактериальным действием. Микробы, привыкая к одному антибиотику, затем становятся устойчивыми и к другим. Медицина борется с этим фактором изысканием и внедрением новых антибиотиков, а также удалением из клеток микроорганизмов условий для лекарственной устойчивости.
В настоящее время создана целая промышленность по производству антибиотиков, в клинической практике применяется уже 10 полусинтетических пенициллинов, большинство из них кислотоустойчивы и употребляются внутрь (фенитициллин, пропициллин и др.).
Медицина получила в руки мощное оружие против болезней, но она должна мудро их применять, извлекая пользу и избегая возможности вреда. Устойчивость микробов к антибиотикам часто еще обусловлена бесконтрольностью массового их использования населением (это относится к тем, кто занимается так называемым самолечением без обращения за помощью к врачам). Интересные данные опубликованы в Англии в 1969 г. о том, что население Британских островов получает в год дозу в 240 т антибиотиков. Ну, а у нас в стране эта цифра будет выражаться, видимо, в более значительных величинах.
Устойчивые к антибиотикам микробы чаще выделяются из дыхательных путей больных, находящихся на лечении в клиниках (хирургической и детской). Это связано с тем, что в клиниках широко применяются антибиотики, и микроорганизмы, постоянно с ними соприкасаясь, привыкают к ним.
Многие антибиотики как добавки входят в комбикорма для улучшения роста и развития животных, а также лечения инфекционных заболеваний. Они широко используются и для лечения растений (препараты легко проникают через корни, листья, стебли, впитываются семенами), а поэтому применяют различные методы обработки больных растений. В сельском хозяйстве нашли применение не только медицинские антибиотики, но и полученные специально для растений (циклогексимид, бластицидин, полиоксин, фитобактериомицин и др.). Фитобактериомицином 0,01—0,05%-ной концентрации опрыскивают бобовые культуры, овощи, хлопчатник. Полимицин используют при бактериозах — заболеваниях растений, вызываемых бактериями. Полимиксином лечат грибковые заболевания сельскохозяйственных культур.
Антибиотики способствуют быстрому росту растений, ускоряя и улучшая их развитие. Промышленное производство антибиотиков идет при выращивании микроорганизмов в стерильных условиях методом глубинного культивирования в особых ферментерах емкостью в десятки тысяч литров в жидкой питательной среде при интенсивном перемешивании, что способствует аэрации (доступ кислорода). Образование антибиотиков начинается только после почти полного прекращения роста микроорганизмов, продуцирующих их. Иногда антибиотики подвергают последующей химической обработке, и тогда получают полусинтетические антибиотики.
Большое значение для микробиологической промышленности имеет подбор культуры-продуцента. В настоящее время все производство антибиотиков основано на работе особых культур, полученных путем отбора и селекции с использованием химических и физических мутагенов. С помощью последовательного генетического отбора получены штаммы с тысячекратным увеличением продуктивности антибиотиков.
Производство антибиотиков занимает особое место среди остальных продуктов микробиологического синтеза. В основном антибиотики применяются в медицинских целях. Новые разработки в области изучения и производства их проводятся в трех основных направлениях:
- получение антибиотиков с использованием мутантных штаммов;
- химическое преобразование молекул антибиотиков известного строения и поиски новых соединений с ценными свойствами;
- изыскание новых антибиотиков.
С 1965 по 1968 г. ежегодно патентовалось около 50 новых антибиотиков, причем некоторые из них — линкомицин (США), моеномицин (ФРГ) и другие — стали производиться в промышленных масштабах.