抗生素在培養基中的作用及其機制

一、簡(jiǎn)介

  抗生素，又稱(chēng)為抗菌素，是指由微生物（包括細菌、真菌、放線(xiàn)菌屬）或高等動(dòng)植物在生活過(guò)程中所產(chǎn)生的具有抗病原體或其他活性的一類(lèi)次級代謝產(chǎn)物，能干擾其他生活細胞發(fā)育功能的化學(xué)物質(zhì)。臨床常用的抗生素有微生物培養液中的提取物以及用化學(xué)方法合成或半合成的化合物。

  抗生素等抗菌劑的抑菌或殺菌作用，主要是針對“細菌有而人（或其他動(dòng)植物）沒(méi)有”的機制進(jìn)行殺傷，包含四大作用機理，即：抑制細菌細胞壁合成，增強細菌細胞膜通透性，干擾細菌蛋白質(zhì)合成以及抑制細菌核酸復制轉錄。

  抗生素具有重要作用，尤其在微生物培養、細胞培養和工業(yè)發(fā)酵中應用廣泛。

二、抗生素在培養基中的作用

  1. 抑制雜菌生長(cháng)

  在微生物培養過(guò)程中，特別是在進(jìn)行純培養時(shí)，需要防止雜菌污染�？股�素能夠特異性地抑制或殺死除目標微生物以外的其他細菌、真菌等雜菌，為目標微生物創(chuàng )造一個(gè)相對純凈的生長(cháng)環(huán)境，保證實(shí)驗結果的準確性和可靠性。例如，在培養酵母菌時(shí)，加入青霉素可以抑制培養基中可能存在的細菌污染，因為青霉素主要作用于細菌細胞壁，而酵母菌等真菌沒(méi)有細胞壁，所以不受影響。

  2. 篩選特定微生物

  利用抗生素的抗性基因來(lái)篩選含有特定基因的微生物。在基因工程和分子生物學(xué)實(shí)驗中，常將抗生素抗性基因作為標記基因導入目標微生物。只有成功導入并表達了抗性基因的微生物才能在含有相應抗生素的培養基中生長(cháng)，而未導入抗性基因的微生物則被抑制或殺死。例如，將含有氨芐西林抗性基因的質(zhì)粒導入大腸桿菌后，在含有氨芐西林的培養基上，只有成功轉化的大腸桿菌才能生長(cháng)形成菌落，這樣就可以方便地篩選出含有目的基因的工程菌。

  3. 維持細胞特性

  在細胞培養中，尤其是動(dòng)物細胞培養，為了防止細菌、真菌等微生物污染，會(huì )在培養基中添加適量抗生素。動(dòng)物細胞對微生物污染非常敏感，微生物的生長(cháng)會(huì )消耗培養基中的營(yíng)養物質(zhì)，產(chǎn)生毒素，導致細胞生長(cháng)不良甚至死亡。添加抗生素可以有效抑制微生物的生長(cháng)，維持細胞培養環(huán)境的穩定，保證細胞的正常生長(cháng)和代謝，使細胞能夠保持其原有的生物學(xué)特性和功能。

  4. 研究微生物耐藥性

  通過(guò)在培養基中添加不同種類(lèi)和濃度的抗生素，可以研究微生物對各種抗生素的敏感性和耐藥性發(fā)展規律。將微生物接種到含有不同抗生素的培養基上，觀(guān)察其生長(cháng)情況，從而判斷微生物對該抗生素的耐藥程度。這對于了解微生物耐藥機制、指導臨床合理用藥以及開(kāi)發(fā)新的抗生素具有重要意義。

三、抗生素類(lèi)抑菌劑的作用機制

  1. 抑制細菌細胞壁合成

  細菌的細胞壁起著(zhù)維持細胞形態(tài)和保護細胞的重要作用。青霉素類(lèi)、頭孢菌素類(lèi)抗生素是此類(lèi)作用機制的代表。

  青霉素類(lèi)抗生素的β-內酰胺環(huán)與細菌細胞壁合成過(guò)程中的轉肽酶結合，阻止細胞壁肽聚糖鏈的交聯(lián)，使細胞壁出現缺損，由于細胞內是高滲透壓狀態(tài)，細胞會(huì )吸水膨脹直至破裂。

  頭孢菌素類(lèi)抗生素同樣作用于細胞壁合成的關(guān)鍵酶，通過(guò)與不同的青霉素結合蛋白結合，抑制細胞壁的合成，達到殺菌抑菌的目的。其對β-內酰胺酶更穩定，抗菌譜更廣。

  2. 改變細菌細胞膜通透性

  多黏菌素類(lèi)抗生素是通過(guò)改變細菌細胞膜通透性發(fā)揮作用的典型代表。它具有親脂性和親水性基團，能與細菌細胞膜的磷脂相結合，增加細胞膜的通透性，使細胞內的重要物質(zhì)如氨基酸、核苷酸等外泄，干擾細菌的正常代謝和生理功能，從而抑制細菌生長(cháng)。

  兩性霉素B主要用于抗真菌，它能與真菌細胞膜上的麥角固醇結合，形成孔道，導致細胞內物質(zhì)泄漏，破壞真菌細胞的正常生理功能，達到抑菌或殺菌的效果。在細菌中，雖然細胞膜成分與真菌有所不同，但某些細菌也可能對兩性霉素B有一定敏感性，其作用機制類(lèi)似，即破壞細胞膜的完整性，使細胞內環(huán)境失衡，抑制細菌生長(cháng)。

  3. 干擾細菌蛋白質(zhì)合成

  許多抗生素通過(guò)作用于細菌的核糖體來(lái)干擾蛋白質(zhì)合成，進(jìn)而抑制細菌生長(cháng)。

  氨基糖苷類(lèi)抗生素如慶大霉素、鏈霉素等，主要作用于細菌核糖體30S亞基，結合到特定部位后，干擾mRNA在核糖體上的正確定位，阻止肽鏈的延長(cháng)和蛋白質(zhì)合成。同時(shí)，還可能引起mRNA密碼子的錯讀，導致合成錯誤的蛋白質(zhì)，這些異常蛋白質(zhì)無(wú)法行使正常功能，從而抑制細菌生長(cháng)。

  四環(huán)素類(lèi)抗生素進(jìn)入細菌細胞后，與核糖體30S亞基結合，阻止氨酰-tRNA進(jìn)入A位，阻礙肽鏈的延長(cháng)和細菌蛋白質(zhì)合成。

  大環(huán)內酯類(lèi)抗生素如紅霉素，它結合到細菌核糖體50S亞基上，阻斷轉肽作用和mRNA位移，抑制細菌蛋白質(zhì)合成。

  4. 抑制細菌核酸復制轉錄

  喹諾酮類(lèi)抗生素是一類(lèi)重要的抑制細菌核酸復制轉錄的藥物。它們作用于細菌的拓撲異構酶，主要是拓撲異構酶Ⅱ（DNA旋轉酶）。DNA旋轉酶是一種使DNA鏈斷裂和再連接的酶，在DNA復制過(guò)程中，它負責引入負超螺旋，使DNA雙鏈解開(kāi)，便于復制叉的移動(dòng)和DNA合成。喹諾酮類(lèi)藥物與DNA旋轉酶結合，形成藥物-酶-DNA復合物，阻礙DNA合成，導致細菌死亡。

  利福平則特異性地抑制細菌RNA聚合酶，與RNA聚合酶的β亞基結合，阻止RNA鏈的起始，從而抑制細菌的轉錄過(guò)程，使細菌無(wú)法合成蛋白質(zhì)，最終達到抑菌的目的。

四、抗生素在培養基中使用時(shí)需要注意的問(wèn)題

  1. 抗生素種類(lèi)的選擇

  要依據培養的微生物種類(lèi)以及可能存在的污染菌類(lèi)型來(lái)挑選合適的抗生素。比如，培養革蘭氏陽(yáng)性菌，可選擇青霉素、紅霉素等；若擔心有革蘭氏陰性菌污染，可選用慶大霉素、卡那霉素等。對于真菌培養，為防止細菌污染，常使用抑制細菌的抗生素如鏈霉素等。此外，在基因工程相關(guān)培養中，還需根據載體上攜帶的抗性基因來(lái)選擇對應的抗生素，如載體含氨芐青霉素抗性基因，就選擇氨芐青霉素進(jìn)行篩選。

  2. 使用濃度的確定

  不同微生物對不同抗生素的敏感度存在差異，所以需通過(guò)預實(shí)驗來(lái)確定最佳使用濃度。濃度過(guò)低無(wú)法有效抑制雜菌生長(cháng)，過(guò)高則可能對目標微生物產(chǎn)生毒性，影響其生長(cháng)繁殖。例如，在大腸桿菌的培養中，氨芐青霉素的常用濃度一般為50 μg/mL-100 μg/mL，而對于某些對氨芐青霉素敏感度較高的菌株，可能需要降低濃度至25 μg/mL左右；對于一些耐藥菌株，則可能需要適當提高濃度。

  3. 添加方式和時(shí)間

  抗生素通常采用過(guò)濾除菌的方式添加到已滅菌的培養基中，避免高溫滅菌過(guò)程導致抗生素失活。添加時(shí)間也很關(guān)鍵，一般在培養基冷卻至50℃左右時(shí)加入抗生素，輕輕搖勻，使其均勻分布在培養基中。若添加過(guò)早，培養基溫度過(guò)高會(huì )使抗生素失效；添加過(guò)晚，可能導致培養基局部抗生素濃度不均勻，影響抑菌效果。在連續培養或長(cháng)期培養過(guò)程中，還需根據抗生素的半衰期和微生物的生長(cháng)情況，適時(shí)補充抗生素，以維持有效的抑菌濃度。

  4. 抗生素的穩定性和保存

  不同抗生素的穩定性不同，應按照其說(shuō)明書(shū)要求的條件保存。例如，青霉素類(lèi)抗生素通常需要在-20℃冷凍保存，且避免反復凍融，否則會(huì )降低其活性；四環(huán)素類(lèi)抗生素在光照下易分解，需避光保存。此外，配置好的抗生素溶液應盡快使用，不宜長(cháng)時(shí)間存放，以免因降解或污染而影響其在培養基中的作用效果。

  5. 對實(shí)驗結果的影響

  使用抗生素可能會(huì )對微生物的某些生理特性產(chǎn)生影響，進(jìn)而干擾實(shí)驗結果。比如，某些抗生素可能會(huì )誘導微生物產(chǎn)生應激反應，影響其基因表達和代謝途徑。因此，在進(jìn)行與微生物生理、代謝等相關(guān)的研究時(shí)，需要謹慎評估抗生素的使用是否會(huì )對實(shí)驗結果造成干擾。必要時(shí)，可設置不添加抗生素的對照組，以準確分析實(shí)驗數據。同時(shí)，長(cháng)期使用抗生素還可能導致微生物產(chǎn)生耐藥性，這不僅會(huì )影響當前實(shí)驗的抑菌效果，還可能對后續相關(guān)研究和應用帶來(lái)潛在風(fēng)險。所以，應盡量避免不必要的抗生素使用，并定期對微生物進(jìn)行耐藥性檢測。

五、產(chǎn)品展示

  我公司有許多含抗生素的培養基，客戶(hù)可根據實(shí)際情況和用途進(jìn)行選用。

  表1 產(chǎn)品信息（部分）

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