Можно сказать, что революционным событием стало открытие пенициллина в начале прошлого века. В годы Второй мировой войны первый антибиотик спас миллионы раненых солдат от сепсиса. Пенициллин стал эффективным и в то же время самым дешевым препаратом от множества тяжелых инфекций при серьезных переломах, гнойных ранах. Впоследствии были синтезированы и другие классы антибиотиков.

Общая характеристика

Сегодня уже существует большое количество препаратов, которые относятся к большому миру антибиотиков - веществ природного или полусинтетического происхождения, которые имеют способность уничтожать определенные группы болезнетворных микроорганизмов или препятствовать их росту или размножению. Механизмы, спектры действия антибиотиков могут быть разными. Со временем появляются новые виды и модификации антибиотиков. Такое многообразие требует систематизации. В наше время принята классификация антибиотиков по механизму и спектру действия, по химическому строению. По механизму действия их делят на:

Основные механизмы действия антибиотиков:

Бета-лактамы - пенициллины

По химической структуре эти соединения подразделяются следующим образом. Бета-лактамные антибиотики. Механизм действия лактамным антибиотикам определяется способностью данной функциональной группы связывать ферменты, участвующие в синтезе пептидогликана – основы внешней мембраны клеток микроорганизма. Таким образом, подавляется образование его клеточной стенки, что способствует прекращению роста или размножения бактерий. Бета-лактамы имеют низкую токсичность и в то же время хорошее бактерицидное действие. Они представляют собой самую большую группу и подразделяются на подгруппы, имеющие сходное химическое строение.
Пенициллины – это группа веществ, выделяемых из определенной колонии плесневых грибков и действуют бактерицидно. Механизм действия антибиотиков пенициллинового ряда связан с тем, что, разрушая клеточную стенку микроорганизмов, они уничтожают их. Пенициллины бывают природного и полусинтетического происхождения и являются соединениями широкого спектра действия – их можно использовать в лечении многих заболеваний, вызванных стрептококками и стафилококками. Кроме того, они имеют свойство избирательности, действуя только на микроорганизмы, не затрагивая макроорганизм. Пенициллины имеют свои недостатки, к которым относится возникновения к нему резистентности бактерий. Из природных наиболее распространенные бензилпенициллин, феноксиметилпенициллин, которые используются для борьбы с менингококковими и стрептококковыми инфекциями благодаря низкой токсичности и дешевизне. Однако при длительном приеме может возникнуть иммунитет организма к лекарствам, что приведет к снижению его эффективности. Полусинтетические пенициллины обычно получают из природных путем химической модификации для придания им нужных свойств – амоксициллин, ампициллин. Эти лекарства отличаются более высокой активностью в отношении бактерий, устойчивых к биопенициллинам.

Другие бета-лактамы

Цефалоспорины получают из грибов с одноименным названием, и их структура сходна со структурой пенициллинам, что объясняет и одинаковые негативные реакции. Цефалоспорины составляют четыре поколения. Лекарства первого поколения чаще используют в лечении легких форм инфекций, причиной которых являются стафилококки или стрептококки. Второе и третье поколение цефалоспоринов более активно в отношении грамотрицательных бактерий, а вещества четвертого поколения – наиболее сильные препараты, используемые для воздействия на тяжелые инфекции. Карбапенемов эффективно действуют на грамположительные, грамотрицательные и анаэробные бактерии. Их положительным свойством является отсутствие резистентности бактерий к препарату даже после длительного его применения. Монобактамы тоже относятся к бета-лактамам и имеют подобный механизм действия антибиотиков, что заключается в воздействие на клеточные стенки бактерий. Они применяются для лечения множества разнообразных инфекций.

Макролиды

Это вторая группа. Макролиды – природные антибиотики, которые имеют сложную циклическую структуру. Они представляют собой многочленное лактонное кольцо с присоединенными углеводными остатками. От количества атомов углерода в кольце зависят свойства препарата. Различают 14-, 15 - и 16-членные соединения. Спектр их действия на микробы достаточно широкий. Механизм действия антибиотиков на микробную клетку заключается во взаимодействии их с рибосомами и нарушения тем самым синтеза белков в клетке микроорганизма путем подавления реакций присоединения новых мономеров к пептидной цепи. Накапливаясь в клетках иммунной системы, макролиды осуществляют внутриклеточное уничтожение микробов. Макролиды наиболее безопасные и менее токсичные среди известных антибиотиков и эффективные против не только грамположительных, но и грамотрицательных бактерий. При их использовании не наблюдается нежелательных побочных реакций. Эти антибиотики характеризуются бактериостатическим действием, но при высоких концентрациях способны оказывать бактерицидное действие на пневмококки и некоторые другие микроорганизмы. По способу получения макролиды делятся на природные и полусинтетические.
Первым препаратом из класса природных макролидов был эритромицин, полученный в середине прошлого века и успешно применялся против грамположительных бактерий, устойчивых против пенициллинов. Новое поколение препаратов этой группы появилось в 70-х годах 20 века и активно используется до сих пор. К макролидам относятся также полусинтетические антибиотики - азолиди и кетолиди. В молекуле азолида в лактонное кольцо между девятым и десятым атомами углерода включен атом азота. Представителем азолидов является азитромицин широкого спектра действия и активности в направлении грамположительных и грамотрицательных бактерий, некоторых анаэробов. Он гораздо более устойчив в кислой среде, по сравнению с эритромицином, и может в ней накапливаться. Азитромицин используется при различных заболеваниях дыхательных путей, мочеполовой системы, кишечника, кожных и других. Кетолиди получают присоединением к третьему атома лактонного кольца кетогруппи. Их отличает меньшее привыкание бактерий, если сравнивать с макролидами.

Тетрациклины

Тетрациклины относятся к классу поликетидов. Это антибиотики широкого спектра действия, обладают бактериостатическим воздействием. Первый представитель их – хлортетрациклин, был выделен в середине прошлого века с одной из культур актиномицетов, их еще называют лучистыми грибами. Через несколько лет был получен окситетрациклин из колонии тех же грибов. Третьим представителем этой группы является тетрациклин, который изначально был создан путем химической модификации его хлорпроизводного, а через год также выделено из актиномицетов. Все другие препараты тетрациклиновой группы являются полусинтетическими производными этих соединений. Все эти вещества похожи по химическому строению и свойствам, за активностью в отношении многих форм грамположительных и грамотрицательных бактерий, некоторых вирусов и простейших. Они устойчивы и к привыканию микроорганизмов. Механизм действия антибиотиков на бактериальную клетку заключается в подавлении в ней процессов биосинтеза белка. При воздействии молекул препарата на грамотрицательные бактерии они проходят внутрь клетки путем простой диффузии. Механизм проникновения частиц антибиотика в грамположительные бактерии еще недостаточно изучено, однако есть предположение, что молекулы тетрациклина взаимодействуют с ионами некоторых металлов, которые находятся в клетках бактерий, с образованием комплексных соединений. При этом происходит разрыв цепочки в процессе образования белка, необходимого для бактериальной клетки. Экспериментами доказано, что бактериостатических концентраций хлортетрациклина достаточно для угнетения синтеза белка, однако для торможения синтеза нуклеиновых кислот нужны большие концентрации препарата.
Тетрациклины применяются в борьбе с болезнями почек, различными инфекциями кожи, дыхательных путей и многими другими заболеваниями. Если необходимо, они заменяют пенициллин, но в последние годы использование тетрациклинов заметно уменьшилась, что связано с появлением устойчивости микроорганизмов к данной группе антибиотиков. Негативную роль сыграло и использование этого антибиотика в качестве добавки к корму животных, что привело к снижению лечебных свойств препарата вследствие возникновения устойчивости к нему. Чтобы ее преодолеть, назначаются сочетание с различными препаратами, имеющими другой механизм антимикробного действия антибиотиков. Например, лечебный эффект усиливается при одновременном применении тетрациклина и стрептомицина.

Аминогликозиды

Аминогликозиды – природные и полусинтетические антибиотики с очень широким спектром действия, содержащие в молекуле остатки аминосахаридов. Первым аминогликозидом стал стрептомицин, выделенный из колонии лучистых грибков уже в середине прошлого века и активно использовался в лечении многих инфекций. Будучи бактерицидными, антибиотики данной группы эффективны даже при сильно пониженном иммунитете. Механизм действия антибиотиков на микробную клетку заключается в образовании прочных ковалентных связей с белками рибосом микроорганизмов и разрушении реакций синтеза белка в клетке бактерии. До конца не изучен механизм бактерицидного воздействия аминогликозидов, в отличие от бактериостатического действия тетрациклинов и макролидов, также нарушают синтез белка в бактериальных клетках. Однако известно, что аминогликозиды активны только в аэробных условиях, поэтому они проявляют невысокую эффективность в тканях со слабым кровоснабжением. После появления первых антибиотиков – пенициллина и стрептомицина, их начали так широко применять в лечении любых заболеваний, что очень скоро возникла проблема привыкания микроорганизмов к этим лекарствам. В настоящее время стрептомицин применяют, в основном, в сочетании с другими препаратами новейшего поколения для лечения туберкулеза или таких, что на сегодняшний день редких инфекций, как чума. В других случаях назначается канамицин, который тоже является антибиотиком первого поколения аминогликозидов. Однако в связи с высокой токсичностью канамицина сейчас предпочтение отдается гентамицина – препарата второго поколения, а препаратом третьего поколения аминогликозидов является амикацин – он используется редко для предотвращения привыкания к нему микроорганизмов.

Левомицетин

Левомицетин или хлорамфеникол, является природным антибиотиком с широким спектром действия, активным в отношении большого числа грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, многих крупных вирусов. По химическому строению это производное нитрофенилалкиламинов, впервые был получен из культуры актиномицетов в середине 20 века, а через два года также синтезированы химическим путем.
Левомицетин воздействует на микроорганизмы бактериостатическое влияние. Механизм действия антибиотиков на бактериальную клетку заключается в подавлении активности катализаторов процессов образования пептидных связей в рибосомах при синтезе белка. Устойчивость к левомицетину у бактерий развивается очень медленно. Препарат применяют при заболевании брюшным тифом или дизентерией.

Гликопептиды и липопептиди

Гликопептиды – это циклические пептидные соединения, которые являются природными или полусинтетическими антибиотиками с узким спектром действия на определенные штаммы микроорганизмов. Они оказывают бактерицидное действие на грамположительные бактерии, а также могут заменить пенициллин при возникновении к нему резистентности. Механизм действия антибиотиков на микроорганизмы можно объяснить образованием связей с аминокислотами пептидогликана клеточной стенки и, таким образом, угнетение их синтеза. Первый гликопептид – ванкомицин, был получен из актиномицетов, взятых из почвы в Индии. Он представляет собой природный антибиотик, активно действует на микроорганизмы даже в период размножения. Сначала ванкомицин использовали в качестве замены пенициллина в случаях аллергии на него при лечении инфекций. Однако нарастание резистентности к препарату стало серьезной проблемой. В 80-е годы был получен тейкопланин – антибиотик из группы гликопептидов. Его назначают при тех же инфекциях, а в сочетании с гентамицином он дает хорошие результаты. В конце 20 века появилась новая группа антибиотиков - липопептиди, выделенных из стрептомицетов. По химическому строению они представляют собой циклические липопептиди. Это антибиотики с узким спектром действия, проявляя бактерицидный эффект против грамположительных бактерий, а также стафилококков, устойчивых к бета-лактамным препаратам и гликопептидам. Механизм действия антибиотиков значительно отличается от уже известных – липопептид образует в присутствии ионов кальция прочные связи с клеточной мембраной бактерий, которые приводят к ее деполяризации и нарушению синтеза белка, вследствие чего вредная клетка погибает. Первый представитель класса липопептидов – даптомицин. По даптомицина можно отметить значительную скорость бактерицидной активности, а главное – отсутствие перекрестной резистентности или, по крайней мере, очень медленное ее формирования, благодаря тому что совершенно новый механизм действия антибиотиков заложен в структуру этого вещества.

Полиени

Следующая группа - полиеновие антибиотики. Сегодня наблюдается огромный всплеск грибковых заболеваний, трудно поддающихся лечению. Для борьбы с ними предназначены противогрибковые вещества – природные или полусинтетические полиеновие антибиотики. Первым противогрибковым лекарственным средством еще в середине прошлого века стал нистатин, который был выделен из культуры стрептомицетов. В этот период в медицинскую практику были включены многие полиеновие антибиотики, полученные из различных грибковых культур – гризеофульвин, леворин и другие. Сейчас получили применение уже полиени четвертого поколения. Общее название они получили благодаря наличию нескольких двойных связей в молекулах. Механизм действия полиеновых антибиотиков обусловлен образованием химических связей со стеролами клеточных мембран в грибке. Молекула полиена, таким образом, встраивается в клеточную мембрану и образует ионный проводящий канал, через который компоненты клетки проходят наружу, приводя к ее ликвидации. В малых дозах полиени обладают фунгистатическим действием, а в высоких – фунгицидное. Однако их активность не распространяется на бактерии и вирусы.
Полимиксины – природные антибиотики, продуцируемых спорообразующими почвенными бактериями. В терапии они нашли применение еще в 40-х годах прошлого века. Эти препараты отличаются бактерицидным действием, которая обусловлена повреждением цитоплазматической мембраны клетки микроорганизма, что вызывает ее гибель. Полимиксины эффективны против грамотрицательных бактерий и редко вызывают привыкание микроорганизмов. Однако слишком высокая токсичность ограничивает их применение в терапии. Соединения этой группы – полимиксина В сульфат и полимиксина М сульфат используют редко и только как препараты резерва.

Противоопухолевые антибиотики

Актиномицини продуцируются некоторыми лучистыми грибками, имеют цитостатическое действие. Природные актиномицини по строению является хромопептидами, различающимися аминокислоты в пептидных цепях, определяющих их биологическую активность. Актиномицини привлекают пристальное внимание специалистов как противоопухолевые антибиотики. Механизм их действия обусловлен образованием достаточно устойчивых связей пептидных цепей препарата с двойной спиралью ДНК микроорганизма и блокировкой вследствие этого синтеза РНК. Дактиномицин, полученный в 60-е годы 20 века, стал первым противоопухолевым препаратом, нашедшим применение в онкологической терапии. Однако из-за большого количества побочных эффектов этот препарат используется редко. Сейчас получены более активные противоопухолевые препараты.
Антрациклини – очень сильные противоопухолевые вещества, выделенные из стрептомицетов. Механизм действия антибиотиков связан с образованием тройных комплексов с цепочками ДНК и разрыв этих цепей. Возможен и второй механизм антимикробного действия обусловлен продуцированием свободных радикалов, которые окисляют раковые клетки. Из природных антрациклинов можно назвать даунорубицин и доксорубицин. Классификация антибиотиков по механизму действия на бактерии относит их к бактерицидным. Однако их высокая токсичность заставила искать новые соединения, которые были получены синтетическим путем. Многие из них успешно применяются в онкологии. Антибиотики давно вошли в медицинскую практику и человеческая жизнь. Благодаря им были побеждены многие болезни, которые в течение многих веков считали неизлечимыми. В настоящее время существует такое разнообразие этих соединений, что нужно не только классификация антибиотиков по механизму и спектру действия, но и по многим другим характеристикам.