Հակամանրէային դեղամիջոցներ

Կաթնաթթվային բակտերիաների կողմից արտադրվող հակաբակտերիալ նյութերը կարելի է բաժանել երկու հիմնական խմբերի՝ <1000 Դա մոլեկուլային զանգվածով ցածրամոլեկուլային միացությունների խումբ և >1000 Դա մոլեկուլային զանգվածով բարձրամոլեկուլային միացությունների խումբ, ինչպիսին են բակտերիոցինները։ ԿԹԲ-ի բոլոր ոչ-բակտերիոցին հանդիսացող հակաբակտերիալ միացությունները ունեն ցածրամոլեկուլային զանգված։

Ցածրամոլեկուլային զանգվածով հակամանրէային դեղամիջոցներ

Հակաբակտերիական ակտիվությամբ ԿԹԲ-ի նյութափոխանակության արգասիքները կուտակվում են իրենց շրջակա միջավայրում՝ հատուկ մակարդակներով և չափսերով, որոնք կախված են ԿԹԲ-ի տեսակից և սննդամիջավայրի քիմիական կազմից։ Կաթնաթթվային բակտերիաների կողմից հեքսոզների խմորումը բնութագրվում է կաթնաթթվի հոմոֆերմենտատիվ արտադրությամբ կամ համարժեք քանակությամբ կաթնաթթվի, էթիլացետատի/էթանոլի և ածխածնի երկօքսիդի հետերոֆերմենտատիվ արտադրությամբ։ Պենտոզները խմորվում են բազմաթիվ հոմոֆերմենտատիվ և հետերոֆերմենտատիվ ԿԹԲ-ի կողմից նույն ուղիով՝ հոմոֆերմենտատիվ ԿԹԲ-ի մոտ սկսած ֆոսֆոկետոլազային ուղիով, որը սովորաբար մակածվում է պենտոզների կողմից։ Պենտոզների խմորման արդյունքում առաջանում են համարժեք քանակությամբ կաթնաթթու և քացախաթթու։

Հետերոֆերմենտատիվ տեսակների մեծամասնությունը պարունակում են ֆլավոպրոտեին օքսիդազներ, որոնք խթանում են թթվածնի վերականգնումը, որի արդյունքում կուտակվում է ջրածնի պերօքսիդ։ Հետերոֆերմենտատիվ խմորման ժամանակ կարող են կուտակվել այնպիսի նյութեր, ինչպիսին են մրջնաթթուն, ացետոնը, ացետալդեհիդը և դիացետիլը, որոնք օժտված են հակաբակտերիալ ակտիվությամբ։ Խնձորաթթուն, կաթնաթթուն և կիտրոնաթթուն կարող են հետագայում վերածվել այլ հակամանրէային արտադրանքների, ինչպիսին են քացախաթթուն, մրջնաթթուն և CO2։

Օրգանական թթուներ

Կաթնաթթվային բակտերիաների հակաբակտերիալ արտադրանքներից ամենակարևորները և ամենալավ նկարագրվածները կաթնաթթուն և քացախաթթուն են։ Խմորման ընթացքում արտադրվող թթուների քանակությունը և տեսակը ազդում են վերամշակված նյութերում միկրոօրգանիզմների հետագա գործունեության վրա։ Օրինակի համար քացախաթթուն ավելի հակագոնիստական է խմորասնկերի նկատմամբ, քան թե կաթնաթթուն։ Որոշ խմորում իրականացնող խմորասնկեր ընդունակ են օգտագործել օրգանական թթուները որպես ածխածնի և էներգիայի աղբյուր և, հետևաբար, ապաթթվեցման եղանակով կարող են բերել արատացման, հատկապես բուսական նյութում, որտեղ դրանք առկա են բնականում։ Օրգանական թթուների արգելակիչ ազդեցությունը գլխավորապես հիմնված է մոլեկուլների չդիսոցված ձևի վրա, որոնք դիֆուզվում են բջջային թաղանթի միջով դեպի ավելի հիմնային ցիտոզոլ և մասնակցում են նյութափոխանակության հիմնական գործառույթներին։ Կաթնաթթվի և քացախաթթվի թունավոր ազդեցությունները ներառում են ներբջջային pH-ի նվազումը և թաղանթային պոտենցիալի խախտումը։

Ջրածնի պերօքսիդ

Ջրածնի պերօքսիդի հակամանրէային ակտիվությունը վերագրվում է դրա ուժեղ օքսիդացման ազդեցությանը բակտերիալ բջջում և բջջային սպիտակուցների հիմնական մոլեկուլային կառուցվածքների ոչնչացմանը։ Հում կաթում կաթնաթթվային բակտերաների կողմից արտադրվող ջրածնի պերօքսիդը, լակտոպերօքսիդազների կողմից խթանվելուց հետո, կարող է ներբջջային թիոցիանատի կողմից ենթարկվել օքսիդացման։ Խմորման միջանկյալ նյութերը հանդիսանում են թույներ տարբեր բակտերիաների համար։ Ջրածնի պերօքսիդի արտադրությունը համարվում է կաթնաթթվային բակտերիաների ամենակարևորագույն նյութափոխանակության արգասիքը, որը կարող է պայքարել միզասեռական վարակների դեմ՝ հատկապես բակտերիալ վագինոզի դեպքում։

Դիացետիլ, քացախալդեհիդ և ացետոն

Հետերոֆերմենտատիվ կաթնաթթվային բակտերիաները պիրուվատի դեկարբօքսիլացաման միջոցով արտադրում են ակտիվ քացախալդեհիդ։ Այս արտադրանքը հետո փոխազդում է պիրուվատի հետ՝ առաջացնելով α-ացետոկաթնաթթու, և այն α-ացետոկաթնաթթու սինթազի ազդեցությամբ վերափոխվում է դիացետիլի։ α-ացետոկաթնաթթվի դեկարբօքսիլացման և դիացետիլի քայքայման արգասիքը հանդիսանում է ացետոնը։ Դիացետիլը (2,3-բութանդիոն) հանդիսանում է ամենահայտնին իր կարագային հոտի շնորհիվ, որը նա փոխանցում է վերամշակված կաթնամթերքին, բայց այս հատկությունը, նաև բարձր կոնցենտրացիան, որոնք անհրաժեշտ են սննդի պահպանման համար, սահմանափակում են դիացետիլի օգտագործումը որպես սննդային հավելում։ Նույն կերպ, քացախալդեհիդը սովորաբար վերամշակված կաթնամթերքի մեջ առկա է ավելի քիչ կոնցենտրացիայով, քան թե անհրաժեշտ է անցանկալի միկրոօրգանիզմների ճնշման համար, բացի այդ այն նաև կաթնաթթվային բակտերիաների հակամանրէային այլ նյութափոխանակության արգասիքների հետ միասին մեծ դեր է խաղում աղտոտման աճի դեմ պայքարում։

Ածխածնի երկօքսիդ

Ածխածնի երկօքսիդի ազդեցությունը սննդի պահպանման մեջ կրկնակի է։ Վերջինս այն է, որ բացի նրա հակամանրէային ակտիվությունից, նա ստեղծում է նաև անաերոբ պայմաններ՝ փոխարինելով գոյություն ունեցող մոլեկուլային թթվածինը։ CO2-ի հակասնկային ակտիվությունը կապված է ֆերմենտատիվ դեկարբօքսիլացման ճնշման և թափանցելիության գործառույթի խանգարման հետևանքով լիպիդային երկշերտ թաղանթում նրա կուտակման հետ։

Ռեուտերին և ռեուտերիցիկլին

Lactobacillus reuteri ընտրված և առանձնացված շտամները արտադրում են երկու նյութ՝ ռեուտերին և ռեուտերիցիկլին, որոնք երկուսն էլ ակտիվ են Գրամ-դրական բակտերիաների նկատմամբ։ Ռեուտերիցիկլինը հանդիսանում է տետրամիկ թթվի ածանցյալ, իսկ ռեուտերինը իրենից ներկայացնում է β-հիդրօքսիպրոպիոնալդեհիդի մոնոմերների, հիդրատացված մոնոմերների և ցիկլիկ դիմերների խառնուրդ։ Վերջինս օժտված է ճնշող ակտիվության ավելի մեծ սպեկտրով՝ ներառած Գրամ-բացասական բակտերիաներին, սնկերին և նախակենդանիներին։

Այլ ցածրամոլեկուլային զանգվածով հակամանրէային դեղամիջոցներ

Այլ ցածրամոլեկուլային զանգվածով և Գրամ-դրական ու Գրամ-բացասական բակտերիաների, բորբոսի և խմորասնկերի դեմ հակամանրէային ակտիվությամբ նյութերը արդեն նկարագրվել են, այդ թվում հակասնկային ցիկլիկ դիպեպտիդները, ֆենիլկաթնաթթուն, 4-հիդրօքսիֆենիլ կաթնաթթուն և 3-հիդրօքսի ճարպաթթուները։ Նիկու-Պաավոլան հայտնաբերեց Lactobacillus plantarum-ի կողմից արտադրվող հակամանրէային նոր միացություններ (բենզոյաթթու, մեթիլհիդանթոյին և մեվալոնակաթնաթթու), որոնք ակտիվ են սնկերի և որոշ Գրամ-բացասական բակտերիաների նկատմամբ։

Կաթնաթթվային բակտերիաների բակտերիոցինները

Որոշ ԿԹԲ-ներ արտադրում են բակտերիոցիններ, որոնք ակտիվության նեղ սպեկտրով կամ լայն սպեկտրով տարատեսակների նկատմամբ բակտերիոցինային ակտիվությամբ օժտված հակաբակտերիալ սպիտակուցային նյութեր են։ Բակտերիոցինների կենսասինթեզը իրենից ներկայացնում է շտամներին բնորոշ ցանկալի ընտրություն, քանի որ այն ծառայում է վերամշակված սննդամթերքից, նաև աղեստամոքսային միջավայրից ախտածինների հեռացման կարևոր մեխանիզմ։ Բակտերիոցինները ռիբոսոմներում սինթեզված, Գրամ-դրական և Գրամ-բացասական բակտերիաների կողմից արտադրվող և հակամանրէային ակտիվությամբ պեպտիդներ կամ սպիտակուցներ են, այնուամենայնիվ, սննդային ԿԹԲ-ների կողմից սինթեզված այս արտադրանքները ստացել են զգալի ուշադրություն սննդի արդյունաբերության մեջ, որպես բնական պահպանիչներ (կենսապահպանիչներ), նրանց հնարավոր օգտագործման շնորհիվ։ ԿԹԲ-ների բակտերիոցինները փոքր հակամանրէային պեպտիդներ կամ սպիտակուցներ են, որոնք օժտված են ակտիվության նեղ սպեկտրով Գրամ-դրական բակտերիաների նկատմամբ, այն ժամանակ, երբ արտադրող բջիջները անընկալունակ են իրենց սեփական բակտերիոցինների նկատմամբ։ Կան մի քանի առաջարկներ բակտերիոցինները 3 կամ 4 դասերի դասակարգելու մասին՝

(1) լանթիբիոտիկներ կամ փոքր, ջերմակայուն, լանթիոնին պարունակող, մեկ կամ երկպեպտիդային բակտերիոցիններ (դաս I), որոնց կենսաբանորեն ոչ ակտիվ նախապեպտիդները ենթարկվում են խոշոր հետտրանսլյացիոն տեղափոխության,

(2) փոքր, ջերմակայուն, լանթիոնին չպարունակող բակտերիոցիններ (դաս II), այդ թվում՝ պեդիոցիններ, ինչպես նաև Listeria-ակտիվ բակտերիոցիններ (դաս IIա), երկպեպտիդային բակտերիոցիններ (դաս IIբ) և ցիկլիկ բակտերիոցիններ (դաս IIգ), և

(3) բակտերիոլիզիններ կամ խոշոր, ջերմազգայուն, լիթիկ սպիտակուցներ, հաճախ՝ մուրեին հիդրոլազներ (դաս III)։

Որոշ հեղինակներ առաջարկում են նաև 4) դաս IV բակտերիոցիններ, որոնք պահանջում են ոչ սպիտակուցային հատվածներ (լիպիդներ, կարբոհիդրատներ) իրենց ակտիվության համար։

Լանթիբիոտիկները փոքրիկ (<5 կԴա) պեպտիդներ են, որոնք պարունակում են ոչ սովորական ամինաթթուներ հանդիսացող լանթիոնին, դեհիդրոալանին, α-դեհիդրոալանին և դեհիդրոբուտիրին։ Համաձայն նրանց քիմիական կառուցվածքի և գործելակերպի, նրանց բաժանում են Ա և Բ տիպի լանթիբիոտիկների։ Ա տիպի լանթիբիոտիկները նիզինին նման մաքուր դրական լիցքով ձգված ամֆիֆիլիկ լանթիբիոտիկներն են, որոնք ակտիվ են բակտերիական թաղանթներում ծակոտիների ձևավորման միջոցով և բերում են թաղանթային պոտենցիալի խաթարմանը։ Բ տիպի լանթիբիոտիկները մերսացիդինի նման փոքրիկ, գնդաձև պեպտիդներ են, որոնք ունեն բացասական լիցք կամ չեզոք են և գործում են մենահատուկ ֆերմենտներին ճնշելու միջոցով։

Դաս II պարունակում է ավելի ընդհանուր, լանթիոնին չպարունակող բակտերիոցիններ, որոնք չձևափոխված, փոքր (<10 կԴա), ջերմակայուն պեպտիդներ են։ Բակտերիոցինների այս հետերոգեն խմբի ներկայացուցիչները բաժանվում են երեք ենթախմբերի։ Դաս IIա պարունակում է պեդիոցինանման պեպտիդներ, որոնք ունեն N-ծայրային հաջորդականության համաձայնություն՝ –Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys։ Պեդիոցինանման պեպտիդները գրավել են մեծ ուշադրություն սննդի Listeria monocytogenes ախտածինի դեմ իրենց յուրահատուկ ակտիվության շնորհիվ։ Դաս IIբ պարունակվող բակտերիոցինները իրենց ակտիվության համար պահանջում են երկու տարբեր պեպտիդներ, և դաս IIգ պարունակում է դասի մնացած պեպտիդներին, այդ թվում՝ sec-կախյալ բակտերիոցիններին։ Դաս III բակտերիոցինները (բակտերիոլիզինները) խոշոր (>30 կԴա), ջերմազգայուն հակամանրէային սպիտակուցներ են, որոնք այդքան լավ բնութագրված չեն և որոնց գործելակերպը կապված է նրանց այն տարբեր գործառույթների հետ, թե ինչպես են նրանք բջջապատի հիդրոլիզը խթանելու միջոցով քայքայում զգայուն բջիջները։ Միայն չորս ԿԹԲ-ների բակտերիոցիններն են մինչև հիմա գենետիկորեն բնութագրվել, չնայած որ ոչ ԿԹԲ-ների բակտերիոցիններն արդեն նույնականացվել են։

Բակտերիոցինների համալիրի դաս IV, որը իր ակտիվության համար պահանջում է ոչ սպիտակուցային բաղադրիչներ՝ ածխաջրածին կամ լիպիդ, նույնպես առաջարկվել է որոշ հեղինակների կողմից, այնուամենայնիվ, այս խմբի բակտերիոցինները դեռ համոզիչ չեն բնութագրվել, հետևաբար այս դասի սահմանման համար պահանջվում է լրացուցիչ բնութագրում։

Բակտերիոցինների գործելակերպը

Բակտերիոցինները, որոնք արտադրվում են ԿԹԲ-ների կողմից, կարող են ունենալ լայն կամ նեղ սպեկտր, բայց, ընդհանրացրած, նրանց գործունեությունը ուղղված է ցածր Գ+Ց պարունակող Գրամ-դրական տեսակների դեմ։ Հակաբակտերիալ սպեկտրը ներառում է արատներ առաջացնող այնպիսի օրգանիզմներ և սննդային ախտածիններ, ինչպիսին են Listeria monocytogenes և Staphylococcus aureus։ Նկարագրվել են բակտերիոցինների ազդման մեխանիզմների լայն սպեկտրերը, ինչպիսին են ֆերմենտի ազդեցության փոփոխությունը, սպորների աճի արգելակումը և բջջային թաղանթում ծակոտիների առաջացումը։ Բակտերիոցինների մեծամասնությունը համագործակցում է բացասական լիցք ունեցող լիպիդների հետ, ինչը մեծ քանակությամբ տեղի է ունենում թաղանթներում և, հետևաբար, զգայուն բջիջների թաղանթներում բերում է ծակոտիների առաջացմանը։ Այնուամենայնիվ, ընդհանրացնելով թաղանթային քայքայման մոդելները, անհնար է ճշտորեն նկարագրել բակտերիոցինների ազդման մեխանիզմները։ Ավելի շուտ թվում է, թե հատուկ թիրախներն են ներգրավված ծակոտիների առաջացման և այլ ակտիվությունների մեջ։ Նիզինի և էպիդերմինի ընտանիքի լանթիբիոտիկների համար թաղանթ-կապված բջջապատային II խմբի լիպիդների նախնին նկարագրված է որպես այդպիսի թիրախ։ Բակտերիոցինների դաս II մեծամասնությունը ծակոտիների առաջացման միջոցով ցրում է թիրախ բջջի պրոտոն շարժող ուժին (ՊՇՈւ)։ Բակտերիոցինների IIա ենթադասի գործունեությունը կախված է որպես յուրահատուկ թիրախ հանդիսացող ֆոսֆոտրանսֆերազային համակարգի (ՖՏՀ) մանոզ պերմեազից։ Բակտերիոցինների IIբ ենթադասը (2 բաղադրիչ) նույնպես առաջ է բերում ՊՇՈւ-ի ցրում՝ առաջացնելով կատիոնային կամ անիոնային որոշակի ծակոտիներ։ Կոնկրետ խնդիրները դեռ որոշված չեն։ Վերջապես, բակտերիոցինների IIգ ենթադասը ներառում է իր մեջ ազդման տարբեր մեխանիզմներով խառը պեպտիդներ, ինչպիսին են թաղանթային թափանցելիությունը, միջնապատի առաջացման արգելակումը։ Նրա ազդման մեխանիզմին նման է ֆերոմոնների ակտիվության մեխանիզմը։

Բակտերիոցինների նկատմամբ դիմադրությունը և իմունիտետը

Բակտերիոցիններ արտադրող բջիջը ստեղծել է իր սեփական բակտերիոցինների ազդեցության դեմ պայքարի մեխանիզմներ։ Արտադրության մեջ հայտնաբերվել են այդ իմունային մեխանիզմներից երկու տարբեր համակարգեր։ Պաշտպանությունը կարող է իրականացվել բջջում արտադրվող իմունային սպիտակուցների միջոցով և/կամ մասնագիտացած ABC-տրանսպորտային համակարգի շնորհիվ՝ 2 կամ 3 ենթամիավորների մասնակցությամբ, ինչը, հավանաբար, արտադրող բջջի թաղանթի միջով բակտերիոցիններ տեղափոխող պոմպի դեր է կատարում։ Այս երկու իմունային համակարգերը կարող են համակցված աշխատել բջջի՝ իր սեփական բակտերիոցինների դեմ պաշտպանության մեջ։ Լանթիբիոտիկային իմունիտետի դեպքում, օրինակ Լան 1 սպիտակուցը, որը, ավելի շուտ, ցիտոպլազմատիկ թաղանթում է գործում, հավանաբար, արտադրող բջջի իմունիտետը իրականացվում է բակտերիոցինների կողմից առաջացող ծակոտիների կանխման միջոցով։ ABC-տրանսպորտային համակարգի հետ առնչվող LanEFG, հավանաբար, գործում է այն արտադրվող բակտերիոցինների միջոցով, որոնք անցել են թաղանթի միջով դեպի հետ՝ արտաբջջային միջավայր և միաժամանակ պահպանելով թաղանթում բակտերիոցինների կոնցենտրացիան կրիտիկական քանակությամբ։ Բակտերիոցինների արտադրման կարգավորումը և իմունիտետը ավելի հաճախ միջնորդվում են ազդանշանային-վերափոխող համակարգի երկու բաղադրիչների միջոցով՝ հաճախ որպես այնպիսի մեխանիզմի մի մաս, որտեղ բակտերիոցինների քանակությունը պետք է հասնի որոշակի անհրաժեշտ քանակի, որպեսզի դրանք սկսեն ազդել այս կամ այն բջջի վրա։

Գրականություն

1. A. Ga'lvez, H. Abriouel, R.L. Lo'pez, N. B. Omar, Bacteriocin-based strategies for food biopreservation, Int. J. Food Microbiol. 120 (2007) 51–70.
2. J. Suskovic, B. Kos, J. Goreta, S. Matosic, Role of lactic acid bacteria and bifidobacteria in synbiotic effect, Food Technol. Biotechnol. 39 (2001) 227–235.
3. P.A. Vanderbergh, Lactic acid bacteria, their metabolic products and interference with microbial growth, FEMS Microbiol. Rev. 12 (1993) 221–238.
4. M.L. Niku-Paavola, A. Laitila, T. Mattila-Sandholm, A. Haikara, New types of antimicrobial compounds produced by Lactobacillus plantarum, J. Appl. Microbiol. 86 (1999) 29–35.
5. P.D. Cotter, C. Hill, R.P. Ross, Bacteriocins։ Developing innate immunity for food, Nat. Rev. Microbiol. 3 (2005) 777–788.
6. H. Chen, D.G. Hoover, Bacteriocins and their food applications, Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2 (2003) 82–100.
7. T.R. Klaenhammer, Genetics of bacteriocins produced by lactic acid bacteria, FEMS Microbiol Rev. 12 (1993) 39–85.
8. D. Demeria, J. Ewaschuk, K. Madsen։ Interactions of Lactobacillus with the Immune System. In։ Lactobacillus Molecular Biology։ From Genomics to Probiotics, Е. Ljungh, T. Wadstrцm (Eds.), Caister Academic Press, Norfolk, UK (2009) pp. 139–152.
9. J. Antikainen, T.K. Korhonen, V. Kuparinen, T. Toba, S. Ross։ Surface Proteins of Lactobacillus Involved in Host Interactions. In։ Lactobacillus Molecular Biology։ From Genomics to Probiotics, Е. Ljungh, T. Wadstrцm (Eds.), Caister Academic Press, Norfolk, UK (2009) pp. 95–114.
10. W. Brumfitt, M.R.J. Salton, J.M.T. Hamilton-Miller, Nisin alone and combined with peptidoglycan-moduling antibiotics։ Activity against methicillin-resistant Staphylococcus aureus and vancomycin-resistant enterococci, J. Antimicrob. Chemother. 50 (2002) 731–734.
11. A. Giacometti, O. Cirioni, F. Barchiesi, M. Fortuna, G. Scalise, In vitro activity of cationic peptides alone and in combination with clinically used antimicrobial agents against Pseudomonas aeruginosa, J. Antimicrob. Chemother. 44 (1999) 641–645.
12. E. Severina, A. Severin, A. Tomasz, Antibacterial efficacy of nisin against multidrug-resistant Gram-positive pathogens, J. Antimicrob. Chemother. 41 (1998) 341–347.
13. J. Wu, S. Hu, L. Cao, Therapeutic effect of nisin Z on subclinical mastitis in lactating cows, Antimicrob. Agents Chemother. 51 (2007) 3131–3135.