Антибиотики и химиотерапевтические препараты - Алексей Сизенцов

Антагонизм в мире микроорганизмов . Антагонистические взаимоотношения микроорганизмов характеризуются тем, что один вид микробов тем или иным путем подавляет развитие или задерживает рост других микроорганизмов. На антагонистические свойства бактерий, стрептомицетов и плесневых грибов обращали внимание многие исследователи как у нас в стране, так и за рубежом еще в XIX в. Однако эти наблюдения носили разрозненный случайный характер, не могли быть обобщены в целостную систему учения об антагонизме, так как это явление в тот период не имело практического применения. Позднее обобщение отдельных фактов микробного антагонизма осуществил И. И. Мечников. Он наметил пути использования этого явления на практике. Учение Мечникова о преждевременной старости человека в связи с постоянной интоксикацией организма продуктами жизнедеятельности гнилостных бактерий кишечника и использование молочнокислых палочек простокваши для вытеснения этих гнилостных бактерий заложили научные основы современного учения об антагонизме микроорганизмов. Антагонизм широко распространен среди различных групп микроорганизмов. Его можно обнаружить у бактерий и стрептомицетов, грибов, водорослей и других групп. В зависимости от наследственных особенностей, а также в зависимости от различных экологических факторов и условий культивирования микроорганизмы могут проявлять антагонистические свойства по отношению к другим организмам. Это явление широко распространено в природе. Причины, вызывающие явление антагонизма, – самые разнообразные, и для оценки факторов, связанных с антагонизмом микроорганизмов, следует объединить эти явления в определенные группы. Если в качестве основы для этого использовать главный критерий антагонизма, а именно: причину, вызывающую проявление антагонистических свойств организма, то можно все известные к настоящему времени формы микробного антагонизма объединить в две основные группы: «пассивный» и «активный» антагонизм. Сущность «пассивного» антагонизма состоит в том, что угнетение роста одного вида микроорганизма другим может происходить только при определенных, иногда крайне ограниченных условиях развития этих организмов. Такие условия могут иметь место лишь при лабораторном культивировании микроорганизмов. В обычных естественных условиях роста подобного проявления антагонизма, как правило, не бывает. При «активном» антагонизме угнетение роста или полное подавление жизнедеятельности одного вида микроба другим происходит в результате обогащения окружающей среды продуктами обмена, выделяемыми организмами при развитии. Однако при определенных концентрациях этих продуктов метаболизма организмы, их продуцирующие, могут развиваться свободно. К группе «пассивного» антагонизма следует отнести:

а) взаимоотношения микроорганизмов, складывающиеся при совместном развитии разных видов, которые нуждаются в одних и тех же питательных веществах;

б) насильственный антагонизм. Антагонизм, обусловленный использованием разными организмами, развивающимися вместе, одних и тех же питательных веществ. При совместном развитии на одном и том же субстрате различных организмов, имеющих одинаковые потребности в питательных веществах, преимущественное положение в развитии будет у того микроорганизма, скорость роста которого выше скорости роста других организмов, его окружающих. Так, например, при одновременном высеве бактерий и актиномицетов на субстрат, вещества которого в равной степени необходимы для развития того и другого организма и при условии, что эти вещества находятся в ограниченном количестве, бактерии как организмы, имеющие наиболее высокий темп роста, овладевают быстрее субстратом и не дают возможности развиваться актиномицетам. Подобное явление можно наблюдать при одновременном высеве на МПА Е. coli или Pseudomonas fluorescens и некоторых видов актиномицетов. Однако угнетение роста актиномицета может иметь место лишь в том случае, если он не обладает способностью выделять специфические продукты жизнедеятельности, подавляющие развитие бактерий. Насильственный антагонизм. Ассистент И. И. Мечникова И. Шиллер еще в 1914 г. обратил внимание на то, что при совместном засеве в бульон ацидофильной палочки и стрептококка последний полностью погибает примерно через 18 ч культивирования (превращается в аморфную массу). Изучение этого явления показало, что ацидофильная палочка выделяет бактерицидные вещества, лизирующие стрептококки, причем выделение таких веществ происходит, только в присутствии стрептококка. Шиллеру удалось вызвать антагонизм у микроорганизмов, обладающих протеолитической активностью (B. mesentericus, В. subtilis, В. anthracis) по отношению к бактериям, не имеющим этих ферментов. Если поместить, например, сенную (В. subtilis) или картофельную (В. mesentericus) палочку одновременно со стрептококком на водный агар или просто в воду, отмечает Шиллер (1952), то при этом произойдет размножение палочек с выделением специфических бактериолизинов и растворение стрептококка. Шиллеру удалось получить эти лизины в концентрированном виде путем упаривания при температуре 37 °C культуральной жидкости, в которой происходило, например, развитие В. mesentericus. При добавлении бактериального лизина, предварительно разбавленного водой, к свежим клеткам стрептококков, находящимся в полноценной питательной среде, происходит лизис стрептококков. Итак, если бактериям, которые в естественных условиях не проявляют никаких признаков антагонизма, создать условия недостатка в среде питательных веществ (азотных или углеродных), то одна из бактерий, обладающая протеолитическими ферментами, может использовать в качестве питательного материала клетки других бактерий, не имеющих этих ферментов. В этом состоит основное свойство насильственного антагонизма. Шиллер показал, что при насильственном антагонизме использование живых клеток в качестве питательного материала происходит тем же способом, каким бактерии используют нерастворимые белковые вещества, т.е. путем выделения в окружающую среду протеолитических ферментов. Количество лизинов, по его мнению, зависит от количества клеток, подлежащих литическому действию. Вероятно, что лизины, получающиеся при насильственном антагонизме, являются теми продуктами жизнедеятельности бактериальной клетки, которые, нарушая обмен и вызывая гибель бактерий другого вида, растворяют ее. По функции убивать живые клетки микроорганизмов другого вида эти лизины по существу являются антибиотическими веществами, а по функции растворения предварительно убитой специфическим веществом обмена и превращенную таким образом в субстрат клетку лизины выступают как адаптивные протеолитические энзимы. Явление насильственного антагонизма наблюдали Надсон и Жолкевич (1922) при совместном выращивании гриба Spiaria purpurogenes и дрожжей. При таком культивировании дрожжи погибают в результате образования антагонистом пигмента, обладающего литическими свойствами.

Используя метод насильственного антагонизма актиномицета Streptomyces aureofaciens и дрожжей (производственный штамм «Шампанские»), Шурыгин (1972) получил новое антибиотическое вещество бализ. В группу «активного» антагонизма микроорганизмов следует включить взаимоотношения, обусловленные:

а) образованием микробами органических кислот, спиртов или других продуктов обмена, происходящим в результате использования отдельных компонентов субстрата;

б) образованием и выделением в окружающую среду антибиотических веществ. К этой группе следует отнести явления паразитизма и хищничества, о которых говорилось выше. Антагонизм, связанный с образованием органических кислот, спиртов или других продуктов обмена в результате использования отдельных компонентов среды. У ряда микроорганизмов способность образовывать те или иные продукты жизнедеятельности в процессе эволюционного развития сопровождалась параллельной адаптацией их к относительно высоким концентрациям этих веществ. В результате различные по свойствам и химической природе продукты, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, служили им орудием в борьбе за существование, подавляя или тормозя рост конкурентных организмов. Многие микроорганизмы (бактерии, плесневые грибы и др.) образуют в процессе развития из углеродсодержащих компонентов субстрата органические кислоты, которые резко изменяют активную кислотность среды и тем самым препятствуют развитию организмов других видов.

Такое явление может наблюдаться, например, в процессе смены микрофлоры свежего молока. В свежевыдоенном коровьем молоке содержатся как молочнокислые, так и гнилостные бактерии. При этом соотношение их при хранении молока меняется по данным Войткевич (1940) в определенной последовательности: вначале в молоке все бактериальные группы развиваются как бы независимо одна от другой, причем группа гнилостных бактерий преобладает над остальными микроорганизмами. Затем в результате развития молочнокислых бактерий происходит накопление молочной кислоты и среда (в данном случае молоко) значительно подкисляется. В этих условиях наблюдается угнетение развития гнилостных бактерий, а затем их полная гибель. Преобладающее место в молоке начинают занимать молочнокислые бактерии. Отношение различных видов молочнокислых бактерий к подкислению субстрата также не одинаково. В первый период развития молочнокислых бактерий, когда значение рН молока еще не очень низкое, в большой степени развиваются стрептококки. Достигнув максимального развития, стрептококки подавляются палочковидными молочнокислыми бактериями, приспособленными к более высоким концентрациям молочной кислоты и, следовательно, к более низкому рН субстрата. Образование лимонной кислоты грибами, как отмечал в 1947 г. В. Н. Шапошников, имеет двоякое значение. С одной стороны, образование кислоты является специфическим приспособлением к созданию среды, наиболее благоприятной для развития гриба. С другой – резкий сдвиг рН субстрата в кислую зону является средством устранения конкурентной микрофлоры, главным образом бактериальной, в большинстве случаев не способной развиваться в кислой среде. Приведенные примеры показывают, что образование бактериями и плесневыми грибами органических кислот обеспечивает этим организмам преимущественные условия в острой конкурентной борьбе с другими микробами. Борьба с конкурентной микрофлорой может также осуществляться путем резкого подщелачивания среды. Некоторые виды бактерий благодаря специфическому использованию отдельных компонентов субстрата так подщелачивают среду, в которой они размножаются, что она становится неблагоприятной для развития других видов микробов. Например, при развитии уробактерий на мясо-пептонном агаре (МПА), содержащем от 1 % до 5 % мочевины, происходит дезаминирование последней. При этом выделяется аммиак в таком количестве, которого достаточно для того, чтобы затормозить развитие других микроорганизмов. Отсутствие роста других микробов объясняется тем, что выделенный аммиак сильно (до рН 9,3) подщелачивает субстрат. Уробактерии в этих условиях растут очень хорошо. При совместном культивировании уробактерий с Sarcina aurantica или Е. coli на МПА или даже в почве происходит полное отмирание сарцин и кишечной палочки.