چندین میکروارگانیسم شناخته شده برای تولید طیف گسترده ای از آنتی بیوتیک ها هستند که در حال توسعه و استفاده در برابر بسیاری از عفونت ها و بیماری های تهدید کننده حیات در انسان، حیوانات و کشاورزی هستند. آنتی بیوتیک ها توسط چندین گروه از میکروب ها مانند باکتری ها، قارچ ها و اکتینومیست ها به عنوان سیستم دفاعی طبیعی آن ها در برابر سایر میکروب های ساکن در مجاورت آنها تولید می شوند. خاک ها به دلیل ماهیت ناهمگن، محل زندگی جمعیت بزرگ و متنوعی از میکروارگانیسم ها هستند.

تولید مواد ضد میکروبی یکی از قوی ترین استراتژی ها برای این سازگاری است. میکروارگانیسم خاک همیشه منبع اصلی تولید آنتی بیوتیک بوده و هنوز هم اهمیت خود را حفظ کرده است. اما استفاده بی رویه از آنتی بیوتیک ها و ضدعفونی کننده ها در پزشکی، کشاورزی و پرورش ماهی و رهاسازی آنها در محیط زیست، مشکل حیاتی دیگری را در مورد میکروب های بیماری زا مقاوم به چند دارو به وجود آورده است و از این رو، ما همچنان به متابولیت های موثری نیاز داریم که بتوان از آنها به عنوان آنتی بیوتیک استفاده کرد. آنتی بیوتیک ها با معرفی پنی سیلین در سال 1941 در سراسر جهان شهرت یافتند. از آن زمان آنها انقلابی در درمان عفونت های باکتریایی در انسان و سایر حیوانات ایجاد کردند. با این حال، آنها در برابر ویروس ها بی اثر هستند.

آنتی‌بیوتیک‌ها را می‌توان بر اساس طیف فعالیتشان دسته‌بندی کرد، یعنی اینکه آیا آنها عواملی با طیف باریک، وسیع یا گسترده هستند. عوامل باریک طیف (به عنوان مثال، پنی سیلین G) در درجه اول بر باکتری های گرم مثبت تأثیر می گذارد. آنتی بیوتیک های وسیع الطیف مانند تتراسایکلین ها و کلرامفنیکل هم بر باکتری های گرم مثبت و هم برخی باکتری های گرم منفی تأثیر می گذارند. یک آنتی بیوتیک با طیف گسترده آنتی بیوتیکی است که در نتیجه اصلاحات شیمیایی، بر انواع دیگری از باکتری ها، معمولاً آنهایی که گرم منفی هستند، تأثیر می گذارد. (اصطلاحات گرم مثبت و گرم منفی به ترتیب برای تمایز بین باکتری هایی که دارای دیواره سلولی متشکل از شبکه ضخیم پپتیدوگلیکان [یک پلیمر پپتید-قند] هستند و باکتری هایی که دیواره سلولی تنها با یک لایه پپتیدوگلیکان نازک دارند، استفاده می شود.)

حال سوال اینجاست که آنتی بیوتیک ها چگونه تولید می شوند؟ اگر بخواهیم فرآیند کلی را بررسی کنیم باید بگوییم که آنتی بیوتیک ها در مقیاس وسیع با فرآیند تخمیر تولید می شوند. این یک فرآیند شیمیایی است که توسط میکروارگانیسم های موجود در یک مخزن بزرگ القا می شود. یک مخزن بزرگ حاوی محیط رشد است که تغذیه برای رشد میکروارگانیسم را فراهم می کند. بهینه سازی دما، سطوح pH، پارامتر اکسیژن و مواد مغذی در مخزن تخمیر برای تولید آنتی بیوتیک بسیار حیاتی است. پس از اتمام تولید آنتی بیوتیک ها، آنها از طریق چندین فرآیند فیزیکی استخراج و خالص می شوند. در نهایت، آنتی بیوتیک های خالص شده به شکل کریستالی تبدیل می شوند.

امروزه نام آنتی بیوتیک مترادف با داروهایی است که باکتری ها را از بین می برند. و به همین دلیل میزان مرگ و میر کاهش یافته و طول عمر افزایش یافته است.

این عفونت های میکروبی می توانند کل جمعیت موجودات را از بین ببرند و این می تواند بر اکوسیستم تأثیر منفی بگذارد. به عنوان مثال، سیاه زخم بیماری است که دام ها را مبتلا می کند و می تواند به انسان سرایت کند، که اغلب کشنده است مگر اینکه درمان شود.

آنتی بیوتیک ها اثرات خود را از طریق مکانیسم های مختلف اثر ایجاد می کنند. تعداد زیادی با مهار سنتز دیواره سلولی باکتریایی کار می کنند. این عوامل به طور کلی به عنوان آنتی بیوتیک بتالاکتام نامیده می شوند. تولید دیواره سلولی باکتری شامل مونتاژ جزئی اجزای دیوار در داخل سلول، انتقال این ساختارها از طریق غشای سلولی به دیواره در حال رشد، مونتاژ به داخل دیوار و در نهایت اتصال عرضی رشته‌های مواد دیواره است. آنتی‌بیوتیک‌هایی که سنتز دیواره سلولی را مهار می‌کنند، تأثیر خاصی روی یک یا فاز دیگر دارند. نتیجه تغییر در دیواره سلولی و شکل ارگانیسم و ​​در نهایت مرگ باکتری است.

درمان ضد میکروبی برای از بین بردن یا جلوگیری از رشد میکروارگانیسم استفاده می شود. با این حال، ممکن است آسیبی که قبلاً ایجاد شده را متوقف نکند. به عنوان مثال، باکتری عامل سیاه زخم باسیلوس آنتراسیس در واقع میزبان را نمی کشد، در عوض، این سموم تولید شده هستند که عمل را انجام می دهند. آنتی بیوتیک ها ممکن است باکتری ها را از بین ببرند، اما سموم در بدن باقی می مانند و به آسیب رساندن ادامه می دهند.

امروزه دو نوع درمان ضد میکروبی در دسترس است:

درمان میکروب کش – برای از بین بردن میکروارگانیسم ها استفاده می شود.

درمان میکروبیوستاتیک – برای جلوگیری از رشد میکروارگانیسم ها استفاده می شود.

همچنین یکی از چالش های مطرح در این زمینه با توجه به افزایش مقاومت باکتری‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها طراحی مولکول‌های جدید موثر برای مقابله با بیماری‌های عفونی فرآیندی دشوار است. امید است دانشمندان با توسعه یک ابزار بیوتکنولوژیکی جدید که محدودیت‌های نمونه‌برداری را که مانعی برای دانشمندان است دور ‌بزنند و راه را برای شناسایی و استفاده از مولکول‌های جدید موثر هموار ‌کنند، تا به این چالش پاسخ دهند.

منابع:

https://byjus.com/biology/antibiotics/

https://www.britannica.com/science/antibiotic

https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-66260-2_1#Abs1