Песня о пенициллине

федорино горе

Открытие пенициллина

Английский микробиолог Флеминг очень не любил мыть за собой посуду. Постепенно на его рабочем столе скапливалась целая гора чашек Петри; и только когда уже совсем не оставалось места, Флеминг тяжело вздыхал и принимался за уборку. Именно это качество (помните, дети!) помогло ему открыть пенициллин: во время очередного разгребания завалов Флеминг обратил внимание на чашку, заросшую плесенью. Казалось бы, чего особенного – почти все старые чашки с агар-агаром были заплесневелыми – так вот, «особенное» тут было: вокруг этой плесени бактерии не росли. Дополнительные опыты подтвердили: да, гриб пеницилл угнетает бактерии. – В 1929 году Флеминг сообщил об этом научному сообществу.

Научное сообщество, как ему и положено, сказало свое громкое «фи»: раствор пенициллина имел слишком маленькую концентрацию и содержал слишком много примесей, к тому же пенициллин слишком быстро разрушался (и по сей день водные растворы пенициллина готовятся непосредственно перед инъекцией, хранить их нельзя). Среди знакомых Флеминга не было химиков, которые могли бы ему помочь, дело застопорилось. Потребовалось срочное вмешательство доброй феи; неожиданно для всего прогрессивного человечества в этой роли выступил А. Гитлер.

Именно от него в 1933 году из Германии в Англию сбежал русско-еврейский ученый-химик Чейн (Хайн). Он догадался применить для выделения чистого пенициллина испарение воды при замораживании (лиофильную сушку); в 1939 году чистый пенициллин был получен, в 1944 году в США было налажено его промышленное производство. Советские биологи в те давние времена тоже были не промах, Зинаида Виссарионовна Ермольева в 1943 году получила пенициллин даже более высокого качества, чем американский. В 1944 году производство пенициллина было налажено и в СССР – немецкие солдаты продолжали умирать от гангрен и других гнойных воспалений, а наши стали выживать.

Польза и вред антибиотиков

Собственно говоря, почему СПИД так широко известен и всеми любим? – Потому, что это одна из немногих инфекционных болезней, не поддающихся лечению. Его нельзя вылечить, от него умирают! – для нас, людей 21 века, это кажется диким. Но «диким» это стало только после введения в медицинскую практику антибиотиков, т.е в 1950-х годах – а до этого люди запросто умирали от воспаления легких (певмонии), сепсиса (заражения крови), менингита, сибирской язвы, гнойных ран. Эти болезни были смертельными – а сейчас все они лечатся антибиотиками.

Пока еще лечатся. Эволюция не стоит на месте: бактерии очень быстро вырабатывают устойчивость к антибиотикам. Выглядит это так: в 1945 году можно было вылечить гонорею одной инъекцией пенициллина (300 000 ЕД), в 1970 году требовался уже курс инъекций (в сумме 3 000 000 ЕД), а к 2000 году большинство гонококков приобрели полную устойчивость к пенициллину, так что теперь его не применяют для лечения гонореи.

И так происходит с бактериями-возбудителями всех болезней. На наших глазах идет соревнование между бактериями и химиками: в арсенале бактерий – могучая изменчивость и плазмиды, в арсенале химиков – новые, все более мощные антибиотики. Проблема состоит в том, что мощные антибиотики, во-первых, довольно дорогие, а во-вторых – вызвают множество побочных эффектов. (А в-третьих, совершенно понятно, что рано или поздно бактерии выработают устойчивость ко всему, чему угодно. Так что имейте в виду: времена, когда люди умирали от пневмонии, сепсиса и гонореи, могут еще вернуться.)

Механизм действия пенициллина

Клеточная стенка бактерий состоит из пептидогликана, название которого мы сейчас расшифруем:

  • «гликан» говорит о том, что основу пептидогликана составляют углеводные цепочки из модифицированной глюкозы (на рисунке – большие шарики; серые – N-ацетилглюкозамин, белые – N-ацетилмурамовая кислота);
  • «пептидо» говорит о том, что соседние углеводные цепочки соединяются между собой короткими пептидами (на рисунке – маленькие шарики, место соединения пептидов обозначено стрелкой), таким образом, получается очень прочная трехмерная структура (сетка).

пептидогликан

Пенициллин связывается с ферментом, который соединяет между собой пептидные цепочки (фермент называется транспептидаза, пенициллин ингибирует ее – не дает работать, т.е. образовывать соединение, обозначенное стрелкой). Из-за отсутствия сшивок клеточная стенка бактерии теряет свою прочность и «расползается».

Биосинтез пенициллина

В клетках грибов пенициллин синтезируется из трипептида (ACV-tripeptide). Ради того, чтобы соединить между собой всего лишь три аминокислоты, жалко лишний раз тормошить рибосому – у нее и так полно работы – поэтому предшественник пенициллина синтезируется без рибосомы, просто с помощью фермента.

пенициллин

Нерибосомный синтез пептидов происходит без транскрипции, трансляции, иРНК, тРНК и всей прочей школьной шелухи – только с помощью белков-ферментов.

Такой способ широко распространен у низших грибов и бактерий. Максимальная длина пептида, которого можно получить путем нерибосомного синтеза, составляет 48 аминокислот. Нерибосомный синтез (в отличие от рибосомного) позволяет делать пептиды:

  • циклические и разветвленные;
  • содержащие нестандартные аминокислоты (более 300 разновидностей), в том числе D-аминокислоты.

Примеры нерибосомного синтеза пептидов:

  • предшественник пенициллина (содержит D-аминокислоту);
  • пептидные цепочки пептидогликана (содержат D-аминокислоты и разветвлены);
  • циклоспорин – иммунодепрессант, применяющийся при пересадках органов («цикло» в названии говорит о том, что он цикличный (колечко) – рибосома бы так не смогла).






 
 
 

Еще можно почитать

Песня о бактериях кишечника

Песня о цефалоспорине третьего поколения

«Как работает вирус гриппа» (предыдущая статья из цикла «Факультатив»)

Полный список статей цикла «Факультатив»

Обратная связь

 Понравилась ли вам песня?





Результаты

Комментировать
На главную
 

© Д.В.Поздняков, 2009-2017
E-mail: pozzdd@yandex.ru