CC BY
26
Проблемные статьи
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1991 УДК 613.31:614.48
А. П. Маслюков, Ю. А. Рахманин, Г. А. Матюшин О МЕХАНИЗМЕ БАКТЕРИЦИДНОГО ДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ДЕЗИ НФЕКТАНТОВ
ВНИИ медицинских полимеров, Москва; НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Проблема обеззараживания питьевой воды сохраняет свою актуальность и в наши дни и является предметом многочисленных исследований.
Несмотря на огромное количество публикаций, описывающих процессы обеззараживания питьевой воды с помощью различных химических дезинфектантов, работы, в которых этот процесс рассматривался бы на молекулярном уровне с учетом современных представлений биологической химии о строении и функциях бактериальной клетки, практически отсутствуют. На наш взгляд, именно такой подход мог бы стать основой разработки механизма бактерицидного действия химических дезинфектантов, объяснил бы имеющиеся многочисленные экспериментальные результаты и позволил бы целенаправленно вести поиск новых высокоэффективных дезинфектантов.
Рассмотрение механизма бактерицидного действия химических дезинфектантов целесообразно проводить методом совместного анализа биохимических особенностей структурных единиц бактериальной клетки (органоидов) как потенциальных мишеней для взаимодействия с молекулами дезинфектантов, физико-химических характеристик дезинфектантов, имеющих принципиальное значение для взаимодействия со структурными единицами бактериальной клетки и транспорта дезинфектанта извне вовнутрь бактериальной клетки.
Анализ структурных элементов бактериальной клетки с точки зрения потенциальных мишеней для химических дезинфектантов. При выборе наиболее уязвимой мишени в бактериальной клетке необходимо учитывать следующие факторы: важность мишени с точки зрения обеспечения жизнедеятельности клетки; доступность мишени для химического дезинфектанта; наличие химически активных групп в мишени, способных взаимодействовать с молекулами дезинфектанта с образованием химических соединений, не способных выполнять биологические функции исходной мишени; минимальная (с точки зрения ПДК для человеческого организма) концентрация активных групп мишени, взаимодействие которых с дезин-фектантом привело бы к максимальной степени необратимой инактивации клетки.
Современные представления о структуре бактериальных клеток как фирмакутных (грампо-
ложительных),так и грациликутных (грамотрица-тельных) [14, 24] позволяют выделить органоиды бактериальных клеток: нуклеоид, рибосомы (в комплексе с другими РНК) и цитоплазма-тическую мембрану, каждый из которых незаменим с точки зрения обеспечения жизнедеятельности клетки и при поражении которых происходит инактивация клетки. Однако все эти органоиды существенно по-разному отвечают остальным вышеизложенным требованиям к потенциальным мишеням.
Нуклеоид — в обычном состоянии молекула ДНК — основная часть нуклеоида, несмотря на наличие высокореакционноспособных групп (фосфатных, кетогрупп, эндоциклических атомов азота), потенциально способных взаимодействовать с дезинфектантами, например катионами переходных металлов, малодоступна для молекул и ионов дезинфектанта. Это связано как с наличием первичной гидратной оболочки на поверхности ДНК, непроницаемой для катионов [7], так и с трудностью транспорта дезинфектанта из водного раствора в нуклеоид через внешнюю и цитоплаз-матические мембраны бактериальной клетки и возникающими при этом непроизводительными потерями дезинфектанта (см. ниже). Наибольшая уязвимость ДНК по отношению к химическим дезинфектантам может проявляться в период протекания процессов репликации и транскрипции за счет связывания либо спиральных молекул ДНК, либо молекул ДНК и тРНК в прочные комплексы дезинфектантами, в частности катионами некоторых переходных металлов [15]. Следует отметить, что наибольшей прочностью характеризуются комплексы ДНК с Ид2* и А§+ [15].
Рибосомы — содержащиеся в них рРНК, как и остальные РНК (тРНК и мРНК, находящиеся в цитоплазме клетки), схожи по своим химическим свойствам с ДНК и также могут быть инактивированы катионами переходных металлов. Однако с учетом их относительно большой концентрации по сравнению с ДНК в бактериальной клетке, достигающей 105 только рРНК [3], для их инактивации требуется значительное количество дезинфектанта, что достаточно трудно обеспечить, учитывая сложности транспорта в цитоплазму бактериальной клетки.
Цитоплазматическая мембрана (ЦМ)—жиз-
ненно важные функции, выполняемые ' ЦМ— активный транспорт, перенос электронов и окислительное фосфорилирование, барьерная функция, биосинтез материала клеточной стенки, фосфолипидов, прикрепление ДНК, ее репликация и амитототическое деление — обеспечиваются компонентами ЦМ: белками (от 41 до 75 % от всех компонентов мембраны), липидами (от 18 до 35 %), РНК (от 0,5 до 21,3 %) и углеводами (от 0 до 2,3 %) [14]. В химическом аспекте наиболее функционально активными группами обладают молекулы РНК (см. выше) и белков. Для последних наиболее реакционноспособны сульф-гидрильные группы, входящие в состав цистеина, и реакционноспособные в отношении практически всех окислителей, алкилирующих и многих ацилирующих агентов, катионов тяжелых металлов [15, 25] (высокореакционная по отношению к алкилирующим и ацилирующим агентам аминогруппа, входящая в состав всех без исключения аминокислот, в белках трансформируется в амидную группу, характеризующуюся иной реакционноспособностью). Хотя общее содержание цистеина в белках ЦМ крайне незначительно— менее 1 % [14], он входит в состав практически всех белков ЦМ, образуя при окислении сульфгидрильных групп дисульфидные связи между аминокислотами и таким образом формируя вторичную и третичную структуру белков.
Кроме того, сульфгидрильная группа является важнейшей составной частью кофермента А, выполняющего функцию переносчика ацильных групп в жизненно важном цикле трикарбоно-вых кислот (конечное окисление питательных веществ, синтез и обеспечение клетки основными структурными единицами) и участвующего в окислении пирувата, входит в составе цистеина железосерн^^белков, выполняющих функции переносчиков электронов дыхательной цепи и фосфорилирования. Расчеты показывают, что общее содержание сульфгидрильных групп в ЦМ менее 10" 4 мг/клетка или менее 10~12 ммолъ/клет-ка, что требует для инактивации небольших количеств дезинфектанта. Хотя транспорт молекул дезинфектанта в область ЦМ намного проще, чем в нуклеоид или рибосомы, так как не требует преодоления самой ЦМ, тем не менее возможно значительное снижение концентрации дезинфектанта на пути к ЦМ вследствие взаимодействия с сульфгидрильными группами белков наружной мембраны бактерий, значительно обогащенных цистеином [14]. Кроме того, химическая природа сульфгидрильной группы, с одной стороны, обеспечивающая легкость ее окисления и превращения в дисульфидную, а с другой — легкость восстановления дисульфидной группы и превращение ее в сульфгидрильную [17], требует для инактивации этой группы (т. е. сдвига равновесия в сторону образования дисульфидной группы) присутствия избытка окисляющего дезинфектанта. Химические дезинфектанты, взаимодействующие с
сульфгидрильной группой по механизму замещения в ней атома водорода и образования труднодиссоциирующих комплексов (например, многие тяжелые металлы [2]), могут инактиви-ровать сульфгидрильную группу в существенно меньших, чем окислители, концентрациях.
Подводя итог анализу наиболее уязвимых мишеней бактериальной клетки с точки зрения поражения их химическими дезинфектантами, можно сделать вывод, что наиболее уязвимой мишенью с точки зрения как жизненной важности, так и доступности для транспорта дезинфектанта, наличия активных групп и минимальной концентрации необходимого для инактивации мишени дезинфектанта является цитоплазматическая мембрана.
Химические дезинфектанты: классификация и физико-химические свойства, определяющие взаимодействие с бактериальными клетками. Анализ физико-химических характеристик химических соединений как потенциальных дезинфектантов целесообразно начать с определения предъявляемых к ним требований. Главные из них продиктованы практикой и заключаются в необходимости достижения наиболее полной степени обеззараживания в минимальное время при минимальной концентрации дезинфектанта. Кроме того, химические дезинфектанты должны обладать максимально широким спектром бактерицидного действия в сочетании с минимальной токсичностью в отношении человеческого организма.
Эмпирическим путем на протяжении столетий человечество выбрало наиболее эффективные химические дезинфектанты, которые исходя из развиваемых представлений о поражении субклеточных структур бактерий можно разделить на классы.
Вещества, вызывающие поражение клеточных структур за счет физико-химического воздействия — вещества полярной структуры, содержащие липофильные и гидрофильные группы (спирты, фенолы, крезолы, детергенты, полипептидные антибиотики), которые способны растворять фрагменты клеточных структур — мембран, нарушая их целостность и соответственно их функции. Обладая широким спектром бактерицидного действия в силу схожести строения клеточных мембран у различных прокариот, этот класс дезинфектантов эффективен лишь при значительных концентрациях (1 —10 М) [1].
Вещества, вызывающие поражение клеточных структур за счет химического взаимодействия — дезинфектанты, можно разделить на 2 подкласса: взаимодействующие с клеточными структурами необратимо и обратимо. Первые, как правило, только подавляют рост бактерий, вторые вызывают их гибель. Граница между ними достаточно условная и во многом определяется действующими концентрациями. К дезинфектан-там, действующим на клетки необратимо, принадлежат почти все тяжелые металлы, образующие
труднодиссоциирующие комплексы с сульфгид-рйльными группами и циан-анионы, которые образуют также труднодиссоциирующие комплексы с железом и блокируют тем самым функцию терминального дыхательного фермента цито-хромоксидазы [24]. Обратимо действующие дезинфектанты при взаимодействии с функциональными группами клеточных соединений либо вызывают их превращение в другие группы, которые в определенных условиях могут быть превращены в исходные (например, окисление сульфгидрильной группы галогенами или катионами некоторых тяжелых металлов — Cu2+, Fe3+ [2, 15] —до дисульфидной и восстановление в сульфгидрильную восстанавливающими веществами, генерируемыми клеткой в процессе ее жизнедеятельности), либо в результате конкурентного ингибирования, в основе которого лежит структурное сходство ингибиторов с нормальными клеточными метаболитами (например, лекарственные препараты из класса сульфонамидов конкурируют с п-аминобензойной кислотой за включение в жизненно важный кофермент — тетрагидрофолие-вую кислоту) [24]. Дезинфектанты, действующие по принципу поражения клеточных структур за счет химического взаимодействия, в силу селективности взаимодействия эффективны в более низких концентрациях, чем дезинфектанты физико-химического действия, причем дезинфектанты, действующие на клеточные структуры необратимо, эффективны в меньших концентрациях, чем обратимо действующие дезинфектанты, так как последним для сдвига равновесия в сторону инактивации клетки требуется создать избыточную концентрацию по сравнению с концентрацией конкурирующего метаболита клетки.
Транспорт химических дезинфектантов в бактериальной клетке. Эффективность действия химических дезинфектантов нельзя рассматривать без учета возможностей его транспорта через клеточные структуры к мишени в клетке и возможного влияния окружающей среды, начиная от солевого состава и рН обеззараживаемой воды и кончая солевым составом и потенциальными химическими реагентами — компонентами бактериальной клетки. У грациликутных и фирмакутных бактерий оболочки имеют различное строение, причем основное отличие заключается в наличии в оболочке грациликутных бактерий дополнительного наружного слоя, состоящего из фосфо-липидов, липопротеинов и белков. И дву- и трехслойная структуры оболочки клетки устроены таким образом, что обеспечивают высокую селективность проникновения извне в клетку посторонних веществ [6, 15]. Первым препятствием при контакте с поверхностью клетки фирмакутных бактерий является отрицательный заряд на ее поверхности. Аналогичное препятствие возникает и в случае грациликутных бактерий в виде трансмембранного отрицательного заряда,причем величину заряда для Escherichia coli оценивают
в 20—30 мВ [23]. По сути дела, учитывая химический состав внешних слоев оболочки бактериальных клеток, мы имеем дело с высокоэффективными катионитами с обменной емкостью, достигающей 3,5 мг-экв/г [6], которые в значительной степени связывают многозарядные и объемистые катионы, препятствуя их проникновению в цитоплазматическое пространство. Для грациликутных бактерий благодаря наличию внешней мембраны возникает дополнительное препятствие в виде двойного липидного слоя, которое, однако, оказывается достаточно просто преодолимо для гидрофильных веществ с низкой молекулярной массой (менее 600) через особые гидрофильные поры диаметром 0,9—1 нм, образуемые белками основы. Общее сечение таких пор, образуемых примерно 100 000 молекулами белков основы, по проведенным расчетам составляет около 20 000 нм2. Отметим, что площадь сечения катионов металлов в гидратированном состоянии — потенциальных дезинфектантов — составляет 0,15—0,4 нм2. Сопоставление этой величины с общей площадью всех пор в наружной мембране клетки показывает, что через них одновременно может осуществляться диффузия до 1 млн катионов (это соответствует примерно 2 • 10~15 мг-экв катионов дезинфектанта). Таким образом, с учетом высоких скоростей проникновения водорастворимых дезинфектантов через гидрофильные поры, соизмеримых со скоростями перемещения в водных растворах (1 — 10 см/с) [23], и большой площади сечения гидрофильных пор наружная мембрана грациликутных бактерий не является препятствием для прохождения низкомолекулярных гидрофильных дезинфектантов в периплазматическое пространство для гидрофильных молекул, причем транспорт катионов из-за наличия трансмембранного потенциала проходит в 2—4 раза эффективнее, чем транспорт анионов [6].
Вторым и основным препятствием для проникновения химического дезинфектанта в жизненно важные органоиды бактериальной клетки — нуклеоид, рибосомы и некоторые функциональные области ЦМ, расположенные со стороны цитоплазмы, является ЦМ, которая в силу своего химического строения — двойного фосфолипидно-го слоя и погруженных в него интегральных белков, не образующих в отличие от поринов внешней мембраны гидрофильные поры, практически не проницаема для неспецифических для бактериальной клетки метаболитов из-за низких скоростей пассивного транспорта, не превышающего 10"4 см/с для воды и Ю-8 см/с для ионов [23]. Единственно возможные пути проникновения химических дезинфектантов через ЦМ — использование активного транспорта при условии «внешней схожести» молекул или ионов дезинфектантов с естественными метаболитами, например, так называемых калиевых каналов, через которые могут быстро — за микросекунды [13] —прохо-
дить гидратированные катионы, радиус которых (и соответственно гидратная оболочка) близок радиусу гидратированного катиона К+, в частности, или Нд24" [5], или белков-симпорте-ров — для органических соединений.
Таким образом, с точки зрения транспорта химических дезинфектантов наиболее вероятно попадание всех типов дезинфектантов в область наружной мембраны и периплазматического пространства грациликутных и наружных слоев фирмакутных бактерий, где происходит их взаимодействие с функциональными группами аминокислот наружных белков (в основном сульфгид-рильными, поскольку белки наружных оболочек бактерий обогащены цистеином [14]), сопровождающееся снижением их концентрации. Гидрофобные непрореагировавшие дезинфектанты, неспособные к активному транспорту и взаимодействию с липидами, остаются в области наружных оболочек бактерий и мало опасны для клетки. Водорастворимые молекулярные и ионные дезинфектанты, не прореагировавшие с функциональными группами наружных слоев клетки, через гидрофильные поры наружной мембраны попадают в периплазматическое пространство, где взаимодействуют с функциональными группами ряда ферментов (см. выше), что в зависимости от характера взаимодействия (обратимое — необратимое, зависящие в свою очередь от химической природы дезинфектанта) может привести либо к остановке роста клетки, либо к ее полной инактивации. Не прореагировавшие в пери-плазматическом пространстве дезинфектанты с помощью систем активного транспорта могут попасть к наиболее жизненно важным органоидам клетки (внутренней части периплазматической мембраны с расположенными в ней элементами дыхательной цепи и фосфорилирования и др., рибосомам и ДНК), вызвав их поражение и тем самым инактивируя клетку.
Влияние химического состава обеззараживаемой воды и бактериальной клетки на физико-химические характеристики дезинфектантов. Как уже указывалось, помимо транспортных ограничений, на эффективность химических дезинфектантов может оказывать влияние солевой состав и рН обеззараживаемой воды и самой бактериальной клетки, а также некоторые химически активные метаболиты самой клетки. Так, присутствие некоторых анионов (С1~, Вг~, I-, БСд-, РО4 и т. д.), как и щелочная среда, в случае использования в качестве дезинфектантов катионов тяжелых металлов, может привести к образованию труднорастворимых или труднодиссоции-рующих соединений и тогда истинная концентрация катионов будет определяться соответственно из их произведения растворимости или константы нестойкости. Так, при введении в воду в концентрации 100 мкг/л (одной из наиболее употребляемых дезинфицирующих концентраций серебра) при содержании С!- 10 мг/л истинная концентра-
ция катионов серебра, рассчитанная на его произведения растворимости, равного 1,56- 10 10 [10], составит 40 мкг/л, а при содержании 100 мг/л — 4 мкг/л, т. е. снижается в 2,5 и 25 раз соответственно по сравнению с исходной. Кроме того, необходимо учитывать образование мицелл золей труднорастворимых соединений, размер которых может достигать 0,1 мкм [9], что соизмеримо с размером бактерий, и имеющих положительно заряженный наружный слой (диффузионную атмосферу). Электростатическое взаимодействие положительно заряженного наружного слоя мицеллы золя с отрицательно заряженными поверхностными структурами бактериальных клеток прикрепляет друг к другу эти 2 коллоидные системы, что приводит, во-первых, к увеличению времени их контакта, а, во-вторых, к локальному повышению концентрации вблизи наружных слоев клетки Ag+, высвобождающегося в результате диссоциации AgI. Именно этим, а также отмеченным выше взаимодействием тяжелых металлов с сульфгидрильными группами белков наружной мембраны, выполняющими защитные функции, и объясняется обнаруженная у бактерий тенденция накапливать тяжелые металлы в наружных оболочках [12, 20, 26].
Взаимодействие дезинфектантов с метаболитами клетки и содержащимися в ней химическими соединениями также может привести к изменению физико-химических свойств дезинфектанта. Так, в результате взаимодействия Си+(НгО) с глицином, сопровождающегося образованием комплексного соединения, приводит к изменению нормального окислительно-восстанови-тельного потенциала Си+/Си2+ от +0,71 до —0,16, т. е. медь из сильного восстановителя превращается в окислитель. Солевой состав клетки также может оказывать влияние на физико-хи-мические характеристики дезинфектанта, например, в результате связывания присутствующими в клетке анионами (С1~, РО4 и др.) в малодис-социирующие соединения. Так, по данным [12], внутриклеточная жидкость содержит около 3 мг-экв/л анионов С1_, до 100 мг-экв/л НРОз и около 20 мг-экв/л что существенно вы-
ше обычно используемых концентраций дезинфектантов (10" 4 —10~5 мМ/л) и вполне достаточно для перевода многих дезинфектантов, например катионов тяжелых металлов, в малодиссоциируе-мые соединения.
Механизм бактерицидного действия химических дезинфектантов. Совместный анализ всех вышеизложенных факторов, оказывающих влияние на процесс обеззараживания воды — структурных элементов бактериальной клетки — потенциальных мишеней для дезинфектантов, физико-хи-мических характеристик дезинфектантов, их транспорта в бактериальной клетке и влияния солевого состава окружающей среды и самой бактериальной клетки — позволил предложить
следующий механизм бактерицидного действия химических дезинфектантов.
1-й этап — при внесении химических дезинфектантов в обеззараживаемую воду в большинстве случаев происходит их взаимодействие с водой, сопровождающееся либо образованием гидратов, либо гидролизом, в результате чего химические и соответственно биохимические свойства дезинфектантов могут быть существенно изменены.
2-й этап — взаимодействие водных форм дезинфектантов с наружными слоями бактериальных клеток; при этом возможны следующие варианты: поражение (деструкция) как наружной, так и цитоплазматической мембран бактериальной клетки полярными дезинфектантами гидрофиль-но-липидной структуры за счет физико-химического взаимодействия с липидными структурами клетки. Степень поражения в этом случае пропорциональна концентрации этих веществ в воде и обратно пропорциональна концентрации бактериальных клеток; в случае высоких концентраций таких дезинфектантов (1 —10 М) возможна необратимая инактивация клетки; взаимодействие дезинфектантов, химически реагирующих с клеточными структурами, с сульфгидрильными группами белков наружных слоев клеток, транспорт через гидрофильные поры наружной мембраны (в случае грациликутных бактерий) и слой муреи-на (в случае фирмакутных бактерий) в периплаз-матическое пространство и последующее взаимодействие их с сульфгидрильными группами находящихся там жизненно важных белков.
Это взаимодействие сопровождается частичной инактивацией клетки за счет изменения надмолекулярной структуры белков, которое может быть обратимым (в результате восстановления дисульфидной группы в сульфгидрильную) в случае галогенов или некоторых катионов тяжелых металлов — Си2+, Ре^+ или необратимым (в результате образования малодиссоциированных соединений, например с Ag+, и др.). Общим для этих двух случаев является то, что сульф-гидрильные группы наружных белков выполняют функцию «жертвенной защиты», связывая или превращая в неактивные соединения химические дезинфектанты и тем самым предотвращая их попадание в основные мишени бактериальной клетки, также содержащие химически активные сульфгидрильные группы. Последствия взаимодействия дезинфектантов с сульфгидрильными группами бактерий для их жизнедеятельности определяются обширностью поражения белков клетки (т. е. истинной концентрацией дезинфектан-та в зоне поражения), химической активностью дезинфектанта в отношении сульфгидрильных групп (окислительно-восстановительным потенциалом, способностью дезинфектанта образовывать малодиссоциируемые соединения с БН-груп-пами). Если бактериальной клетке удалось связать весь дезинфектант наружными белками в результате «жертвенной защиты» и дезинфектант
не способен к дальнейшей инактивации жизненно важных органоидов клетки, то в процессе жизнедеятельности клетки за счет выделяемых ею метаболитов-восстановителей возможна полная реабилитация защитных наружных белковых слоев путем перевода дисульфидных групп в сульфгидрильные.
3-й этап — взаимодействие химического дезин-фектанта, прошедшего через этап «жертвенной * защиты», с жизненно важным органоидом — ЦМ в комплексе с примыкающими к ней белками (на поверхности, в объеме ЦМ и на ее внутренней стороне), выполняющими функции жизненно важных ферментов и коферментов. Взаимодействие идет в основном с SH-группами активных центров ферментов, но может в ряде случаев затронуть и другие функциональные группы активных центров ферментов: имидазольную гистидина и гидроксильную тирозина. При концентрации дезинфектантов, достаточной для того, чтобы либо сместить равновесие в системе:
—SH^-S—S-
вправо, либо для полного необратимого связывания функциональных групп в малодиссоциируемые соединения, происходит инактивация бакте- « риальной клетки.
В случае использования неактивных в отношении сульфгидрильных групп белков дезинфектантов, являющихся мутантами ДНК или РНК (например, гидроксиламин или образующиеся при взаимодействии некоторых дезинфектантов с клеточными метаболитами галогенированные пуримины или пиримидины) и способных к активному транспорту в нуклеоид, механизм бактерицидного действия будет состоять из этапов прохождения таких дезинфектантов через наружную и цитоплазматическую мембраны и химического взаимодействия с ДНК или РНК, приводящего к нарушению роста клетки и ее инактивации.
Предложенный механизм бактерицидного действия химических дезинфектантов находится в хо-рошем соответствии с многочисленными экспериментальными результатами и достаточно полно объясняет их. Так, различный характер кривых i
связывания катионов Ag+ и Си2+ клетками Candida utilis, установленный в работах [4, 22], в рамках предложенного механизма объясняется характером взаимодействия этих катионов с сульфгидрильными группами клеточных белков: если взаимодействие Ag+ с —SH приводит к образованию малодиссоциированного соединения — меркаптида серебра, то взаимодействие Си2+ с SH-группами приводит к их окислению и образованию —S—S— группы, которая, как указывалось выше, достаточно легко восстанавливается в исходную восстановительными метабо- щ литами, вырабатываемыми клеткой в процессе ее жизнедеятельности. Этим же объясняется за-
висимость эффективности связывания меди от того, живые или мертвые клетки связывают ионы меди, от возраста клеток и наличия в окружающей среде питательных веществ, чего не наблюдается в случае
Механизм обеззараживания позволяет объяснить экспериментально наблюдаемые синергиче-ские эффекты, возникающие при обеззараживании воды комбинациями химических дезинфектантов или физического воздействия и химического дезинфектанта [1, 8, 11, 19]. С позиций рассмотренного механизма обеззараживания воды действием одного из комбинации дезинфектантов нейтрализуется система «жертвенной защиты» клетки, после чего второй дезинфектант получает практически беспрепятственный доступ к основным мишеням бактериальной клетки и, взаимодействуя с ними, инактивирует клетку. Такими высокоэффективными обеззараживающими комбинациями дезинфектантов являются системы СЬ^НгОг; С1г:; 12:А§+ и др. При сочетании физического воздействия и химического дезинфектанта в результате физического воздействия на оболочку бактериальной клетки происходит дезорганизация ее структуры или частичное разрушение, что способствует облегчению транспорта химического дезинфектанта к мишеням клетки и ее последующей инактивации. Воздействие комбинаций дезинфектантов крайне эффективно и с точки зрения инактивации бактериальных клеток-мутантов, которые, как известно [24], присутствуют в клеточных популяциях в количестве 10~4 —10~". Поскольку вероятность появления резистентного к 2 дезинфектан-там мутанта равна произведению вероятностей численной доли мутантов по отношению к каждому из дезинфектантов, то эта вероятность становится пренебрежимо малой (Ю-8—10~22) по сравнению с реальными концентрациями клеток в обеззараживаемой воде (10®—109 л).
Настоящий механизм бактерицидного действия химических дезинфектантов может быть применен, естественно, с учетом специфики строения к объяснению закономерностей инактивации вирусов и бактериофагов. В частности, повышенная резистентность к химическим дезинфектан-там бактериофагов по сравнению с бактериальными клетками [16, 18] объясняется его нахождением в цитоплазме бактерии и, следовательно, плохой досягаемостью для большинства химических дезинфектантов (3-й этап обеззараживания— см. выше). Инактивация химическими дезинфектантами вирусов и бактериофагов вне бактериальной клетки, возможно, осуществляется
также по механизмам денатурации белковых оболочек вируса и взаимодействия с его ферментными системами, расположенными под белковыми оболочками [21].
Развитый в настоящей работе механизм бактерицидного действия химических дезинфектантов позволяет прогнозировать направление поиска новых высокоэффективных дезинфектантов. Согласно предложенному механизму, оптимальными бактерицидными свойствами должны обладать комбинации химических дезинфектантов, в которых один способен необратимо связывать сульфгид-рильные группы белков оболочки, а второй, обладающий высокоселективными транспортными свойствами, способен быстро диффундировать в цитоплазму клетки и, взаимодействуя с ДНК и РНК, инактивировать бактериальную клетку.
Литература
1. Аксеенко Н. В., Кирьянова Л. Ф., Маслюков А. П. и др. // Химия и технол. воды.— 1989,— Т. 11, № 2,— С. 181 — 182.
2. Альберт А. Избирательная токсичность.— М., 1989.
3. Биологический энциклопедический словарь.— М., 1986.
4. Голубович В. //.. Ховрычева М. П., Роботнова И. Л. // Микробиология,— 1976,—Т. 48, № 1,—С. 119—122.
5. Гринюс Л. Л. Транспорт макромолекул у бактерий.— М„ 1986.
6. Громов В. В. Строение бактерий.— Л., 1985.
7. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот.—М., 1987.
8. Интенсификация процессов обеззараживания воды / Под ред. Л. А. Кульского,— Киев, 1978.
9. Клепиков Е. С. Коллоидная химия.— М., 1983,— С. 33.
10. Краткий справочник химика.— Киев, 1974.
11. Кульский Л. А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды.— Киев, 1980.
12. Кульский Л. А. Серебряная вода.— Киев, 1988.
13. Мембраны: ионные каналы.— М., 1981.
14. Молекулярная микробиология.— М., 1977.
15. Неорганическая биохимия / Под ред. Г. Эйггорна.— М„ 1987.
16. Рахманин Ю. А., Недачин А. Е.. Доскина Т. В. и др. // Гиг. и сан,— 1990.— № 6,— С. 21—23.
17. Роберте Дж., Касерио М. Основы органической химии.— М„ 1978.— Т. 2,— С. 155.
18. Русанова Н. А., Рябченко В. А. // Гиг. и сан.— 1988,— № 8.— С. 13—15.
19. Савлук О. С., Томашевская И. П., Сиренко Л. Г. // Там же,— 1990.— № 12,—С. 26—29.
20. Твердислов В. А., Тихонов А. Н., Яковенко Л. В. Физические механизмы функционирования белковых мембран.— М„ 1987.
21. Тихоненко Т. И. Биохимия вирусов.— М., 1966.
22. Ховрычев М. П. // Микробиология.— 1973.— Т. 42, № 5._ С. 839—844.
23. Ченцов Ю. С. Общая цитология,— М., 1978.
24. Шлегель Г. Общая микробиология.— М., 1987.
25. Энциклопедия голимеров,—М., 1972.— Т. 1,— С. 253.
26. Sterrith R. M., L ster J. N. 11 Sei. Total Environ.— 1980.—Vol. 14, N 4,- P. 5—17.
Поступила 05.07.91
