У повсякденній медичній практиці ми дуже легко користуємося різними словами. Але, що ми знаємо по-справжньому, крім того, що антибіотики діють на бактерії, вбиваючи їх. Хто антибіотики виробляє, як вони працюють і чому вони впливають на клітину бактерії і не впливають на клітини людини?
Більшість антибіотиків виробляються самими бактеріями, існує всього кілька синтетичних антибіотиків, а пеніцилін виробляє пліснявий гриб. Є приголомшливий фільм ВВС, як вчені, побоюючись бомбардування Лондона, вивозили в кишенях піджаків культуру цвілевих грибів в США для виробництва пеніциліну.
Те, що відомо напевно — це те, що всюди в природі існує конкурентна боротьба і бактеріальний світ — не виняток. Саме конкуруючи, бактерії продукують антибіотики, і навіть якщо концентрація антибіотика замала щоб вбити бактерії, то й ослаблені бактерії виявляються менш ефективними в розмноженні, а продуцент отримує перевагу.
Антибіотики – принципи дії
У кожного антибіотика в бактеріальній клітці є мішень у вигляді молекулярної машини, яка складається або з білків, або більш складна — складається з білків і РНК.
Перша мішень — апарат синтезу клітинної стінки. У бактерії є жорстка клітинна стінка (складається з полісахаридів, які пов’язані пептидами). Клітини ссавців (людини) такої стіни не мають. Ціла група антибіотиків (наприклад, пеніцилін і їх похідні) не дає бактеріям синтезувати клітинну стінку. Новий антибіотик такої дії — ванкоміцин.
Друга мішень — фермент ДНК-гіраза, який діє на ДНК бактерії. У маленькій бактеріальній клітині величезна ДНК повинна бути щільно згорнута, щоб вона могла у неї поміститися. Саме ДНК-гіраза допомагає згортати компактно ДНК, також цей фермент сприяє розходженню ланцюгів дволанцюгової ДНК в ході реплікації і транскрипції. На ДНК-гіразу діє природний антибіотик налідіксова кислота і її синтетичні аналоги фторхінолони. РНК-полімераза (зчитувач генів) — теж є мішенню деяких антибіотиків, наприклад, рифампіцину.
Третя, найпоширеніша мішень для антибіотиків — апарат біосинтезу білка бактерій. В бактеріях (і взагалі в будь-яких живих організмах) білки синтезуються рибосомою — це спеціальна дуже велика молекулярна машина, яка складається з РНК і білків.
Механізм впливу антибіотиків на мішені наступний: в структурі мішені є порожнини певної геометричної форми, які розпізнають антибіотики, потім вбудовуються в них і заважають роботі молекулярної машини, наприклад, заважають чомусь зв’язатися з молекулярною машиною або можуть змушувати молекулярні машини робити помилки.
Від того антибіотик зупиняє роботу молекули або змушує молекулярну машину робити помилки буде залежати антибіотик бактеріостатичний або бактерицидний.
Бактеріостатичні антибіотики інгібують ріст бактерій, і якщо ми приберемо антибіотик, то бактерії почнуть рости далі. Бактерицидні вбивають бактеріальну клітину, і, якщо ми приберемо антибіотик, вона не продовжить свій ріст.
Мал. 1. Різні класи антибіотиків і принципи їх дії. Світлим кольором виділені препарати з бактерицидною дією, темним з бактеріостатичною.
Стійкість до антибіотиків
Потрібно пам’ятати, що бактерії виробляють стійкість до антибіотиків.
Перший і найочевидніший механізм стійкості — мутація генів, які кодують мішень антибіотика, тобто в тому місці де антибіотик зв’язувався, виникає інша структура, злегка змінена, і антибіотик зв’язатися вже не може, таким чином мутації в активному центрі молекулярної машини будуть знижувати ефективність антибіотиків.
Точно відомо, що бактеріям дуже важко мутувати рибосомні РНК, так як вони закодовані в декількох однакових копіях генів і мутація теоретично повинна виникнути відразу у всіх генах одночасно, а це дуже малоймовірно.
Є ще один механізм стійкості — це синтез ферментів-насосів, які або активно викачують антибіотик з бактеріальної клітини, або розрізають його, або приєднують до нього щось непотрібне, або модифікують мішень антибіотика, вставляють туди іншу хімічну групу, щоб місце виявилося зайнятим і антибіотик зв’язатися вже не міг.
В даний час лабораторії активно працюють над складними антибіотиками, які б інгібували, тобто придушували б один з механізмів стійкості.