Существенное значение при использовании бумажной хроматографии для идентификации антибиотиков имеет разработка методов, позволяющих проводить эти исследования на ранних этапах изучения антибиотических веществ, т.е. на стадии культуральных жидкостей. Однако при этом встречаются большие затруднения в разгонке антибиотиков, так как факторы, оказывающие влияние на значение Rf, часто встречаются при использовании культуральных жидкостей.
Преодолеть эти затруднения удалось с помощью методов лиофилизации фильтратов культуральных жидкостей и экстрагирования их соответствующими растворителями. Сущность схемы хроматографической идентификации антибиотиков из культур на стадии малоактивных культуральных жидкостей состоит в следующем. Культуральную жидкость, обладающую антибиотическими свойствами, фильтруют и измеряют рН. Точно взятый объем фильтрата подвергают лиофильной сушке, затем лиофилизат взвешивают и разделяют на две части, одну из которых растворяют в воде, а другую экстрагируют безводным этанолом при встряхивании в течение часа. Растворители берут в таком количестве, которое, как правило, позволяет получить 5-10-кратные концентрации по сравнению с исходной культуральной жидкостью. Антибиотическую активность водного раствора и спиртового экстракта определяют методом бумажных дисков.
В случае если спиртовой экстракт обладает антибиотической активностью, схожей с активностью водного раствора лиофилизата, то проводят хроматографирование в соответствующей системе. Хроматограммы проявляют биоавтографически на чашках с Bacillus subtilis. Одновременно производят электрофорез в ацетатном и фосфатном буферах.
Если для изучаемого антибиотика во всех системах 1-го типа значение Rf будет около 0,8 и выше, то спиртовой экстракт хроматографируют в другой системе. При помощи набора этой системы можно наиболее уверенно отличить антибиотики типа эритромицина и олеандомицина, типа карбомицина, типа актиномицина и хлорамфеникола.
Полученные данные позволяют в определенной степени идентифицировать антибиотик или включить его в определенную группу химически близких веществ, или, наконец, определить его как новый антибиотик.
Пути выделения продуцентов антибиотических веществ из естественных мест их обитания и их первичной идентификации представлено на схеме (рисунок 2).
Рисунок 2 – Схема выделения актиномицетов – продуцентов антибиотиков (по Коневу, 1981)
Если в результате проведенной работы по идентификации выделенного микроорганизма установлено, что он является новым видом, и антибиотическое вещество, образуемое им, не принадлежит к уже описанным соединениям, то и организм и антибиотик должны быть подвергнуты детальному исследованию. С этой целью, прежде всего, изучаются условия культивирования микроба, обеспечивающие максимальное образование антибиотика.
При подборе сред необходимо иметь в виду, что чем сложнее среда, тем труднее производить выделение и очистку антибиотика, поэтому среда для культивирования должна быть по возможности простой по составу и обеспечивать максимальное образование антибиотического вещества.
3.4 Методы выделения и очистки антибиотиков
Выделение антибиотиков и их очистка осуществляются разными способами, выбор которых зависит от химической природы антибиотика, характера сопутствующих антибиотику продуктов жизнедеятельности организма (органические кислоты, аминокислоты, пигменты и другие соединения), неиспользованных компонентов среды (углеводы, масла, азотсодержащие вещества, неорганические соли и др.), а также от того, где накапливается это вещество – в культуральной жидкости или в клетках продуцента. Основная задача первых этапов выделения антибиотического вещества – концентрирование биологически активного соединения и очистка от сопутствующих балластных веществ.
Основными методами выделения антибиотиков из нативных растворов (культуральная жидкость, освобожденная от биологической массы продуцента) можно назвать следующие: осаждение антибиотика, методы экстракции антибиотиков органическими растворителями, сорбционные методы с использованием поверхностно-активных веществ (активированный уголь, активированный оксид алюминия и др.) или ионообменных материалов (ионообменные смолы). При применении сорбционных методов выделения антибиотиков наиболее трудной задачей является десорбция (элюирование) препарата.
Антибиотик, выделенный одним из указанных способов, представляет собой лишь технически чистый препарат, который не может еще использоваться в медицинской практике. Дальнейшая очистка препарата осуществляется или путем повторной сорбции, перекристаллизации, растворением антибиотика в органических растворителях, или иными методами.
3.4.1 Антимикробный спектр и токсичность
После того как антибиотическое вещество с помощью того или иного метода выделено и хорошо очищено, проверяют его биологическую активность по отношению к широкому ряду микроорганизмов (проверяют широкий антимикробный спектр). Кроме того, антибиотик исследуют на стерильность, токсичность, пирогенность, испытывают в отношении действия на лейкоциты крови и определяют другие показатели.
Выяснение стерильности готового препарата необходимо для установление отсутствия в нем спор микроорганизмов, прежде всего патогенных. Для этого необходимо, если это возможно, инактивировать антибиотические вещества, а затем произвести посев его на разнообразные по составу питательные среды (мясопептонный бульон, печеночный бульон, кровяной агар и т.п.).
Инактивацию пенициллина осуществляют с помощью фермента пенициллиназы (пенициллин-b-лактамазы), или солянокислым гидроксиламином.
Стрептомицин инактивируют при помощи гидроксиламина или цистеина. Многие антибиотики не удается инактивировать, поэтому их стерильность определяют лишь в отношении форм микроорганизмов, устойчивых к этим антибиотикам.
Токсичность антибиотика определяют на экспериментальных животных, которым в течение определенного периода времени внутривенно, внутрибрюшинно, внутримышечно, подкожно или иными путями вводят различные дозы изучаемого антибиотика. За такими животными ведут тщательные наблюдения. При отсутствии внешних изменений в поведении животных в течение 12-15 суток считают, что испытуемый антибиотик не обладает заметными токсическими свойствами. Это, разумеется, первый и предварительный этап в изучении токсичности антибиотика.
При более глубоком исследовании этого вопроса выясняется влияние препарата на отдельные ткани и органы животных. Некоторые антибиотики обладают кумулятивной токсичностью, проявляющейся в том, что его токсические свойства при введении в организм изо дня в день накапливаются, не обнаруживая каких-либо внешних проявлений, но в итоге приводят организм к гибели. Это скрытая токсичность, которая противоположна острой, вполне четкой токсичности препарата, проявляющейся сразу же после первого введения антибиотика.
Отсутствие местной и общей токсичности антибиотика, отсутствие пирогенности и угнетения деятельности лейкоцитов, сохранение антибиотической активности препарата в присутствии сыворотки крови, гноя и других веществ, необходимый спектр антимикробного действия дают основание проводить дальнейшие испытания изучаемого препарата как лечебного вещества.
Вместе с этим необходимо определить характер биологического действия антибиотика, иными словами, выяснить, является ли антибиотик бактериостатическим или бактерицидным. Знание характера действия препарата может создать определенное представление о механизме его антибактериальных свойств.
3.4.2 Лечебные свойства антибиотиков
Следующий этап изучения антибиотика это определение его фармакологических и терапевтических свойств. Лечебные свойства антибиотиков проверяют на экспериментальных животных, зараженных соответствующей дозой определенного вида патогенного микроба. Обычно используют дозы инфекции с таким расчетом, чтобы вызвать гибель 50 % животных (LD50) и гибель 100 % животных (LDl00).
LD50 – минимальная смертельная доза. Животных делят на 3 группы. Одной группе животных антибиотик вводят сразу же после заражения; вторая группа животных подвергается обработке антибиотиком через некоторое время после заражения (через 5 ч или позже). Во всех случаях применяют такие максимальные дозы антибиотика, которые переносятся животными. Третья группа подопытных животных не подвергается обработке антибиотиком – это контроль.
По количеству выживших, особенно в опытных группах, судят о терапевтической ценности изучаемого антибиотического вещества. Минимальное количество антибиотика, способствующее предохранению животного от смертельной дозы инфекции, составляет минимальную терапевтическую дозу.
