Антибиотики: биосинтез, проблемы и перспективы применения

Антибиотики – вторичные метаболиты, специфически воздействующие на другие клетки. Долгое время оставался дискуссионным вопрос: происходит ли биосинтез антибиотиков в природной среде? В конечном итоге было установлено, что да. Внесение в почву культуры продуцентов антибиотических веществ ингибирует рост некоторых других микроорганизмов. Позже были зафиксированы и сами вещества.

Каково же значение антибиотиков в природе и для самого продуцента?

Продукция антибиотиков несёт приспособительный характер. Так как у организмов – продуцентов обнаружены гены, регулирующие синтез специфических для организма антибиотических веществ, мы вправе говорить, что синтез антибиотиков является адаптацией.

В традиционном понимании эволюционная ценность антибиотиков для продуцентов заключается в способности подавлять метаболизм окружающих микроорганизмов и защитной функции. То есть, главная причина синтеза антибиотических веществ – антагонизм между разными видами.

Не зря сам термин «антибиотик» означает «против жизни». Однако оказалось, что антибиотики способны как воздействовать на метаболизм хозяина (в высоких концентрациях), так и выполнять сигнальные и регуляторные функции в субингибиторных дозах.

Человечество давно использует явление биосинтеза антибиотиков себе во благо. В основном они применяются в медицине при лечении любых инфекционных заболеваний или при угрозе их возникновения, при онкологиях и во многих других случаях, а также в пищевой промышленности, сельском хозяйстве и так далее.

Нерациональное и неконтролируемое использование антибиотиков привело в конце прошлого века к глобальной проблеме лекарственной устойчивости патогенов. Массово распространяются штаммы бактерий, не восприимчивые к лекарственным препаратам.

Это ставит под угрозу всё современное здравоохранение

По прогнозу ВОЗ к 2050 году инфекционные заболевания могут стать первой по численности причиной смертности в мире.

Во всём мире обсуждаются способы решения этой проблемы. Страны большой семёрки предлагают такие меры, как снижение потребления антибиотиков, повышение их качества, усиление гигиены и санитарии в медицинских учреждениях, вакцинация, профилактика заболеваний, ускорение диагностики для более эффективного лечения. Также рекомендованы инвестиции в различные области науки, нацеленные на изыскание новых или более эффективных методов лечения и лекарственных препаратов.

Особое значение необходимо уделить поиску природных продуцентов антибиотиков, при этом в последнее время уделяется особое внимание микробным продуцентам из природных экстремальных местообитаний.

Актиномицеты являются распространёнными продуцентами антибиотических веществ. Около 80% известных сегодня антибиотиков и 50%, применяемых в медицине, имеют актиномицетное происхождение (выделены из рода Streptomyces). Находясь в естественной среде, например почве, они могут производить как биологически активные комплексы вторичных метаболитов, так и единственное вещество.

Штаммы моносинтетики предпочтительно используются в промышленности. Исследование таких штаммов, а также изыскание и выделение новых антибиотических веществ, простых в производстве и эффективных в применении, позволило бы решить проблему лекарственной устойчивости патогенов, так как в больницах и среди населения отсутствуют штаммы, резистентные к ним.

Актиномицеты (Streptomyces sp.)