Строение и жизнедеятельность гриба пеницилла

Заболевания, вызываемые грибами

В период роста колоний и жизнедеятельности, плесневые грибы выделяют продукты метаболизма, токсические вещества. С увеличением роста колонии, соответственно, растет уровень токсического воздействия на окружающую среду.

Токсины плесневых грибов:

• Патулин;
• Цитринин;
• Охратоксин;
• Афлатоксин и проч.

Патулин

При попадании в организм раздражает желудочно-кишечный тракт, вызывая рвоту и понос. Обладает выраженным мутагенным и токсикогенным свойством, это значит, что существует риск нарушения ДНК-цепи при попадании определенной дозы в организм, с соответствующими последствиями.

При введении небольшой дозы микотоксина в организм изменений не наблюдается, однако, яд не накапливается в организме. Смертельная доза для человека на практике не рассчитана, но существует предположение, что летальный исход наступает при определенной к весу дозе, в результате отечности легких.

Условно переносимая доза – 6,5 мкг/кг массы тела в неделю.

Охратоксин

Имеет выраженное нефротоксическое действие, подобно цитринину, токсин особо опасен для беременных женщин, вызывая у плода отклонения от нормы на физиологическом уровне.

Афлатоксин

Этот микотоксин является природным загрязнителем злаковых культур, арахиса, подсолнечника и других масляничных культур. Это выраженный гепатоканцероген, вызывающий раковые опухоли злокачественного характера.

Зеараленон

Токсин Зеараленон – токсин, имеющий выраженное эстрогенное действие, природный анаболик, увеличивающий количество мужских гормонов в организме.

Остальные проявления плесени

Как правило, в повседневной жизни люди больше привыкли сталкиваться с обычными проявлениями плесени, которая может быть образована на продуктах питания:

• на яблоках;
• персиках;
• апельсинах;
• лимонах.

Причина ее возникновения может быть разной – от наличия на фрукте проколов до неправильных условий хранения. Употреблять в пищу фрукты на которых образовалась плесень или гниль не стоит, даже если вырезать испорченную часть.

Отдельно стоит упомянуть о плесени, образующейся в жилых помещениях. Как правило, это помещения:

• с низкой циркуляцией воздуха;
• с отсутствием вентиляции;
• повышенной влажностью.

Такие условия наиболее благоприятны для развития плесени, которая может быть причиной частых простудных заболеваний, астмы, разного рода аллергий. Если при полноценном питании тревожат следующие симптомы, следует проверить помещение на наличие грибковых поражений стен, окон или полов.

Симптоматика

Симптомы микотических заболеваний:

1. Частая простуда.
2. Кашель, насморк без прогрессирования воспалительных заболеваний.
3. Астматическая одышка.
4. Рецидивирующие сезонные высыпания на коже.
5. Изменение структуры ногтевых пластин.
6. Диарея, частые проблемы с кишечником.
7. Головная боль.
8. Нервозность, бессонница, депрессивное состояние.
9. Общая слабость, незначительное повышение температуры.

Если симптомы повторяются через небольшие промежутки времени, сезонно или безо всякой причины (прием препаратов, хроническое установленное заболевание) и дополнительный прием витаминных комплексов не приносит или приносит кратковременный эффект, следует проверить квартиру на предмет грибка.

В жилых помещениях грибок встречается:

• в ванных комнатах;
• под окнами;
• на стенах под раковинами.

Также, может попадать в квартиру с грязью и пылью с улицы. Для устранения порой достаточно обработки стены медным купоросом и последующей поддержки гигиены в квартире.

Онихомикоз, вызываемый плесневыми грибами рода Пенициллум встречается реже, чем Кандида или другими, но также, вероятен. Лечение в любом случае нужно начинать с диагностики, которая определяет конкретный инфекционный агент, поражающий ноготь.

Аллергическая астма, вызываемая плесневыми грибами, имеет все симптомы полноценного заболевания, и определить истинное это заболевание или аллергическая реакция, тоже возможно после диагностики.

Не стоит недооценивать влияние на организм грибов, плесени в доме, т.к. для людей со сниженным иммунитетом – больных, младенцев, детей, стариков и беременных женщин – это может быть чревато серьезными последствиями.

Почему появляется плесень?

Итак, как мы уже выяснили, плесень — это микроскопическая разновидность грибов.

Виды плесени под микроскопом

Виды плесени под микроскопом

Виды плесени под микроскопом

Поэтому, естественно, что условия для появления плесени, во многом схожи с теми, которые необходимы для роста обычных грибов. Появляется плесень при:

• соответствующей, умеренной температуре — около 20°С, и высокой влажности — от 70% до 90%
• плохой циркуляции воздуха (отсутствии вентиляции)
• отсутствии прямых солнечных лучей
• наличии соответствующей среды, в которой можно кормиться, размножаться — дерево, бумага, грязь, бетон, почва и другое.

Размножается плесень спорами, которые постоянно присутствуют в воздухе там, где есть плесень — до 500 спор на кубометр воздуха. Однако, человеческий глаз разглядеть их не в силах из-за микроскопического размера. Жизнестойкость спор плесени феноменальна.

Дыша, человек, конечно же вдыхает споры плесени. Однако, в отличие от пеницилловых грибов, другие виды плесневых грибов не так полезны и безобидны. Если организм ослаблен, они способны вызывать у человека аллергию, воспаление слизистых оболочек различных органов, приводя, самое безобидное, к ринитам (постоянным насморкам), а также к болезням посерьезнее — бронхиальной астме, пневмонии, менингитам и другим проблемам. Хотя, здоровый организм с крепким иммунитетом способен долго сдерживать натиск вредных грибков.

Особенно опасной является так называемая «черная плесень» — на ее наличие могут указывать беспричинные насмотрки, чихание, поносы и рвота. Некоторые исследователи выдвигают гипотезу о том, что «черная плесень» способна вызывать рак.

Поэтому, старайтесь избегать появления плесени в своем доме. Для этого:

• старайтесь проветривать помещение время от времени — минимум 2-3 раза в день по 5 минут
• избегайте высокой влажности в помещении
• не ешьте продукты, покрывшиеся плесенью

Вред

Кроме положительных качеств, грибы рода Penicillium обладают и негативными свойствами, в частности некоторые штаммы способны вызывать оникомикозы на ногтях человека, аллергические заболевания дыхательных путей.

Паразиты:

• Penicillium tardum;
• Penicillium expansum.

1. Штамм Penicillium tardum – встречается в жилых помещениях, аллерген, вызывающий развитие болезней дыхательных путей.
2. Штамм P. expansum – распространенный вредитель зерновых культур, злаков, яблочной плесени.

Существуют и другие штаммы, действующие на продукты питания или сельскохозяйственные зерновые культуры подобным образом. Для человеческого здоровья одни из наиболее небезопасных штаммов:

• P. glaucum;
• P. chrysogenum;
• P. funiculosum.

Поражение, внедрение конидий в здоровую среду, практически не представляется возможным. Плесневые этого рода – раневые паразиты, т.е. такие, которые проникают сквозь брешь в естественном барьере. Прекрасный тому пример – яблочная гниль, возбудителем которой являются Пенициллы. Конидии плесени прорастают лишь в тех плодах, которые имеют проколы, пробитые бока и прочие мелкие повреждения.

Это правило, справедливо и для микозов, поражающих человеческий организм – снижение барьерной функции организма приводит к возникновению заболеваний как воспалительного, так и инфекционного характера.

Очистка и стабилизация

Попыткой очистить и выделить пенициллин занимались Чейн и Флори в Оксфорде в 1940 году. Экстракцией эфиром им удалось выделить достаточно чистый материал для предварительных испытаний его антибактериальной эффективности на лабораторных животных, заражённых соответственно вирулентными стафилококками, стрептококками и хлостридиумсептиками. (Позже оказалось, что состав, используемый в этих исследованиях содержал лишь около 1 % пенициллина.) Опыты были удивительно успешными, и учёные призвали Флори и его команду участвовать в разработке методов по извлечению. Раствор эфира был заменён на амилацетат с последующим подкислением. Таким способом были получены более стабильные образцы пенициллина и удалены излишние примеси.

Выводы Флеминга о нетоксичности пенициллина для лабораторных животных и человеческих лейкоцитов были подтверждены и расширены, и уже в 1941 году получены положительные результаты по лечению нескольких тяжёлых инфекций человека. Сразу же последовали и другие удовлетворительные результаты по лечению этим антибиотиком, таким образом пенициллину было суждено занять уникальное место среди эффективных средств против человеческих болезней. Остеомиелит и стафилококковая септицемия, родильная горячка и другие инвазивные стрептококковые инфекции, пневмония, инфекции ран и ожогов, газовой гангрены, сифилис и гонорея — лечение всех этих заболеваний было очень успешным. К 1944 году, благодаря огромным усилиям американских производителей и исследовательских групп, стало возможным лечить пенициллином каждого раненого на фронте. Когда война закончилась, поставки были достаточными, чтобы лечить население этой страны и Северной Америки. В послевоенные годы было обнаружено, что даже бактериальный эндокардит, который ранее считался смертельным заболеванием почти у 100 % пациентов, часто может быть излечен большими дозами.

Флеминг был скромен в своем участии в разработке пенициллина, описывая свою известность как «Миф Флеминга». Он был первым, кто обнаружил активные свойства вещества, что дало ему привилегию назвать его: пенициллин. Также он хранил, выращивал и распространял исходную плесень в течение двенадцати лет, и продолжал делать это до 1940 года, пытаясь получить помощь от любого химика, который мог иметь достаточно навыков, чтобы выделить из неё пенициллин. Сэр Генри Харрис сказал в 1998 году: «Без Флеминга не было бы Чейна; без Чейна не было бы Флори; без Флори не было бы Хитли; без Хитли не было бы пенициллина».

Все эти открытия были сделаны благодаря усилиям Флеминга с одной стороны в 1928—1929 годы, Чейна и Флори с их коллегами с другой стороны в 1940—1943 годы. Было отмечено, что работа Флеминга с пенициллом стояли наравне с другими более ранними работами на континенте. В одной из них, Ваудремер из Института Пастера в Париже сообщил, что при длительном контакте с плесенью Aspergillus fumigatus происходила гибель инфекции туберкулёзной палочки и, на основании этого наблюдения, он пытался лечить более 200 пациентов, страдающих от туберкулёза. Но опыт оказался совершенно безрезультатным. Аналогичные опыты были проведены и с другими формами плесени и бактерий. Ясно, что антагонизм между различными микробиологическими родами и видами был «в воздухе» на протяжении нескольких лет, и Флеминг сам признал это в своей Нобелевской лекции в 1945 году.

Ясно также, что работа Флеминга принесла на свет новое вещество, которое оказалось не токсичным для тканей животных и для человеческих лейкоцитов. Все оставалось бы на том же этапе в течение целых десятилетий, если бы Флори не занялся своими исследованиями, а также если бы не было химических ноу-хау Чейна, и их совместного терпения и энтузиазма по преодолению многих трудностей, и, возможно, пенициллин ещё нельзя было бы использовать в качестве практического терапевтического агента.

Жизнь до антибиотиков

Ещё из курса школьной истории многие помнят, что продолжительность жизни до эпохи Новейшего времени была очень небольшой. Дожившие до тридцатилетнего возраста мужчины и женщины считались долгожителями, а процент детской смертности достигал невероятных значений.

Роды были своеобразной опасной лотереей: так называемая родильная горячка (инфицирование организма роженицы и смерть от сепсиса) считалась обычным осложнением, а лекарств от неё не было.

Ранение, полученное в сражении (а воевали люди во все времена много и практически постоянно), приводило обычно к смерти. И чаще всего не потому, что повреждались жизненно важные органы: даже травмы конечностей означали воспаление, заражение крови и смерть.

Древняя история и Средневековье

Древний Египт: заплесневевший хлеб как антисептик

Тем не менее, люди с древних времён знали о целебных свойствах некоторых продуктов в отношении инфекционных заболеваний. Например, ещё 2500 лет назад в Китае забродившая соевая мука использовалась для лечения гнойных ран, а ещё раньше индейцы майя с той же целью применяли плесень с особого вида грибов.

В Египте времён строительства пирамид заплесневевший хлеб являлся прототипом современных антибактериальных средств: повязки с ним значительно повышали шанс выздоровления в случае ранения. Использование плесневых грибов имело чисто практический характер до тех пор, пока учёные не заинтересовались теоретической стороной вопроса. Однако до изобретения антибиотиков в их современном виде было ещё далеко.

Новое время

Джозеф Листер

В эту эпоху наука стремительно развивалась во всех направлениях, и медицина исключением не стала. Причины гнойных инфекций в результате ранения или оперативного вмешательства описал в 1867 году Д. Листер, хирург из Великобритании.

Именно он установил, что возбудителями воспаления являются бактерии, и предложил способ борьбы с ними при помощи карболовой кислоты. Так возникла антисептика, которая ещё долгие годы оставалась единственным более или менее успешным методом профилактики и лечения нагноений.

Чудодейственные грибы

Упоминания о лечении гнойных заболеваний плесенью и антибиотических свойствах некоторых других веществ можно встретить еще в трудах Авиценны (XI век) и Филиппа фон Гогенгейма, известного под именем Парацельса (XVI век).

В 1928 году шотландский микробиолог Александр Флеминг заметил, что какой-то плесневый грибок уничтожил так необходимые ему для экспериментов бактерии Staphylococcus aureus: вокруг пятен плесени на чашках Петри с культурой микробов погибли все колонии золотистого стафилококка. Ученый был по‑настоящему удивлен, поскольку на его памяти не было ни одного случая гибели стафилококков под действием других микроорганизмов, и уж тем более растворения их колоний. Вскоре Флеминг определил, что грибок с таким необычным поведением относится к виду Penicillium notatum, и начал экспериментировать. Он выяснил, что действие гриба распространяется не на все микробы, а в основном на болезнетворные бактерии, и пришел к выводу, что «гриб продуцирует антибактериальное вещество, которое поражает одни микробы, а не другие». Флеминг назвал это вещество пенициллином в честь чудодейственного гриба, опубликовал результаты, но решить задачу выделения первого антибиотика ему не удалось

Эти работы далеко не сразу привлекли всеобщее внимание и были оценены по достоинству только через десять лет, с началом Второй мировой войны. В 1940 году соотечественники Флеминга Ховард У

Флори и Эрнст Б. Чейн первыми получили неочищенный, но высокоэффективный концентрат пенициллина, а также провели его широкие клинические испытания. За открытие пенициллина и его лечебного воздействия при разных инфекционных заболеваниях всем троим в 1945 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.

За пенициллином последовало изучение актиномицина, стрептомицина, открытие хлорамфеникола, тетрациклинов, эритромицинов и других антибиотиков. Впервые термин «антибиотик», что в переводе означает «против жизни», ввел в 1942 году Зельман Абрахам Ваксман, рожденный в России американский микробиолог и химик. Он сам открыл немало антибиотических веществ и придумал методы их изучения, а в 1952 году за открытие стрептомицина, первого антибиотика, эффективно действующего против туберкулеза, тоже был удостоен Нобелевской премии.

Наука
Парадокс монарха: как бабочка ввела ученых в заблуждение

К 60-м годам прошлого века были получены уже почти все основные виды антибиотиков. А сегодня их описано уже более 10 000, из которых лишь около 200 используется для лечения огромного спектра инфекционных заболеваний, считавшихся ранее неизлечимыми или трудноизлечимыми: воспалительных процессов (пневмонии, перитонита, фурункулеза), различных форм туберкулеза и т. п. Большинство же антибиотиков так и не нашло применения в лечебной практике из-за токсичности, аллергических реакций, инактивации в организме больного или других причин.

Родина — Англия

Открытием пенициллина человечество обязано шотландскому биохимику Александру Флемингу. Хотя, конечно, то, что Флеминг натолкнулся на свойства плесени, было закономерным. Он шел к этому открытию годы.

Во время Первой мировой войны Флеминг служил военным врачом и не мог смириться с тем, что раненые после успешно проведенной операции все-таки погибали — от начавшейся гангрены или сепсиса. Флеминг стал искать средство, как предотвратить такую несправедливость.

В 1918 году Флеминг вернулся в Лондон в бактериологическую лабораторию больницы Св. Марии, в которой работал с 1906 года вплоть до самой смерти. В 1922 году пришел первый успех, чрезвычайно похожий на историю, шесть лет спустя приведшую к открытию пенициллина.

Простуженный Флеминг, только что поместивший очередную культуру бактерий Micrococcus lysodeicticus в так называемую чашку Петри, — широкий стеклянный цилиндр с низкими стенками и крышкой, — неожиданно чихнул. Через несколько дней он открыл эту чашку и обнаружил, что в некоторых местах бактерии погибли. Судя по всему — в тех, куда попала слизь из его носа при чихании.

Флеминг начал проверять. И в результате был открыт лизоцим — естественный фермент слизи человека, животных и, как позже выяснилось, некоторых растений. Он разрушает стенки бактерий и растворяет их, но при этом безвреден для здоровых тканей. Не случайно собаки зализывают раны — этим они снижают риск их воспаления.

Однако лизоцим действует на большинство бактерий довольно медленно. Кроме того, он сражается не с болезнетворными бактериями, а с сапрофитами — микроорганизмами-сожителями, которые всегда присутствуют в человеке. Лизоцим регулирует, чтобы их не стало слишком много и за счет этого они не превратились в паразитов.

После каждого опыта чашки Петри положено было стерилизовать. У Флеминга же не было привычки выбрасывать культуры и мыть лабораторную посуду сразу после эксперимента. Обычно он занимался этой малоприятной работой, когда на рабочем столе накапливалось два-три десятка чашек. Предварительно он осматривал чашки.

«Как только вы открываете чашку с культурой, вас ждут неприятности, — вспоминал Флеминг. — Обязательно что-нибудь попадет из воздуха». И однажды, когда он занимался исследованием гриппа, в одной из чашек Петри обнаружилась плесень, которая, к удивлению ученого, растворила высеянную культуру — колонии золотистого стафилококка, и вместо желтой мутной массы виднелись капли, похожие на росу.

Чтобы проверить свое предположение о бактерицидном влиянии плесневого грибка, Флеминг пересадил несколько спор из своей чашки на питательный бульон в колбе и оставил их прорастать при комнатной температуре.

Поверхность покрылась толстой войлочной гофрированной массой. Первоначально она была белой, потом стала зеленой и, наконец, почернела. Вначале бульон оставался прозрачным. Через несколько дней он приобрел очень интенсивный желтый цвет, выработав какое-то особое вещество, которое получить в чистом виде Флемингу не удалось, так как оно оказалось очень нестойким. Выделяемое грибком желтое вещество Флеминг назвал пенициллином.

Оказалось, что даже при разведении в 500–800 раз культуральная жидкость подавляла рост стафилококков и некоторых других бактерий. Таким образом, было доказано исключительно сильное антагонистическое влияние данного вида грибка на определенные бактерии.

Обнаружилось, что пенициллин подавлял в большей или меньшей степени рост не только стафилококков, но и стрептококков, пневмококков, гонококков, дифтерийной палочки и бацилл сибирской язвы, но не действовал на кишечную палочку, тифозную палочку и возбудителей гриппа, паратифа, холеры. Чрезвычайно важным открытием было отсутствие вредного влияния пенициллина на лейкоциты человека даже в дозах, во много раз превышающих дозу, губительную для стафилококков. Это означало безвредность пенициллина для людей.

Начало профессиональной деятельности и Первая мировая война

Флемингу принадлежит немало открытий и вкладов в развитии медицины. Он осваивал науку, не только изучая клетки под микроскопом, но и подходил к вопросу с технической стороны. Так, именно его наблюдательность и нестандартный подход позволили значительно усовершенствовать уже существующую на то время методику определения сифилиса, разработанную немецкими ученными во главе с Вассерманом.  Работая рука об руку с Райтом, предложившим не один способ микроизмерения с использованием капиллярных трубок, стекла и резиновых сосок, он нашел способ получать достоверный результат, имея в распоряжении всего 0,5 мл крови из пальца, в то время как ранее требовалось 5 мл венозной крови. Это стало его первым, но далеко не последним открытием.

Флемминг продолжил работать с Райтом и во время Первой мировой войны. Не для кого не было секретом, что на этой войне падет не одна сотня тысяч людей, от бактериальных инфекций в ранах. Райту было предложено помочь в изучении данного явления. Процесс исследований должен был проходить в лаборатории во Франции, куда он и взял с собой Флеминга. Так в мире появилась первая  исследовательская медицинская лаборатория военного времени.

Во время работы в лаборатории, тандем ученых открыли немало важных фактов. Так, их научные эксперименты опровергли суждение хирургов, считавших, что антисептик в первые секунды поражения является панацеей, они разрушили множество мифов, существующих об антибактериальных средствах, заставив медиков того времени посмотреть на проблему под другим углом.

Выводы по работе, проведенной над изучением свойств антисептиков, в основном принадлежали Райту, однако Флеминг, внесший немалый вклад в исследование технической стороны, так же вписал свое имя в проект.

Позже, когда война осталась позади, труды Флеминга получили широкую огласку – исследования инфекций вследствие ранения были описаны в его  лекциях для Королевского колледжа хирургов (1919 год) и в сообщении, подготовленном для Королевского общества (1924 год).

Производство — Америка

Следующий шаг был сделан в 1938 году профессором Оксфордского университета, патологом и биохимиком Говардом Флори, который привлек к сотрудничеству Эрнста Бориса Чейна. Чейн получил высшее образование в области химии в Германии. Когда к власти пришли нацисты, Чейн, будучи евреем и сторонником левых взглядов, эмигрировал в Англию.

Эрнст Чейн продолжил исследования Флеминга. Он смог получить неочищенный пенициллин в количествах, достаточных для первых биологических испытаний сначала на животных, а затем и в клинике. После года мучительных экспериментов по выделению и очистке продукта капризных грибов удалось получить первые 100 мг чистого пенициллина. Первого пациента (полицейского с заражением крови) спасти не удалось — не хватило накопленного запаса пенициллина. Антибиотик быстро выводился почками.

Чейн привлек к работе других специалистов: бактериологов, химиков, врачей. Была сформирована так называемая Оксфордская группа.

К этому времени началась Вторая мировая война. Летом 1940 года над Великобританией нависла опасность вторжения. Оксфордская группа решает спрятать плесневые споры, пропитав бульоном прокладки пиджаков и карманов. Чейн говорил: «Если меня убьют, первым делом хватайте мой пиджак». В 1941 году впервые в истории удалось спасти от смерти человека с заражением крови — им стал 15-летний подросток.

Однако в воюющей Англии наладить массовое производство пенициллина не удалось. Летом 1941 года руководитель группы фармаколог Говард Флори отправляется совершенствовать технологию в США. На экстракте американской кукурузы выход пенициллина увеличился в 20 раз. Затем решили поискать новые штаммы плесени, более продуктивные, чем Penicillium notatum, когда-то прилетевший в окно Флемингу. В американскую лабораторию стали присылать образцы плесеней со всего мира. Наняли девушку Мэри Хант, закупавшую на рынке все заплесневелые продукты. И однажды Заплесневелая Мэри приносит с рынка гнилую дыню, в которой находят продуктивный штамм P. chrysogenum.

К этому времени Флори сумел убедить американское правительство и промышленников в необходимости производства первого антибиотика. В 1943 году впервые началось промышленное производство пенициллина. Технология массового выпуска пенициллина, сразу же получившего еще и второе название — «лекарство века», была передана на предприятия Pfizer и Merck. В 1945 году выпуск фармакопейного пенициллина высокой активности составлял 15 т в год, в 1950 году — 195 т.