БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006

Частина ІІ. Спеціальні біотехнології

РОЗДІЛ 11. БІОТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА АНТИБІОТИКІВ

11.1. ВИРОБНИЦТВО β-ЛАКТАМНИХ АНТИБІОТИКІВ

Одержання пеніцилінів. Вперше антибактеріальну дію пеніциліну і можливість його використання як лікувального препарату встановили у 1940 р. А. Флемінг, Х. Флорі і Е. Чейн зі співробітниками Оксфордського університету. Продуктивність лабораторного штаму плісені була на той час 2 мг препарату на 1 л культуральної рідини, що було недостатнім для налагодження промислового виробництва антибіотика. Продуктивність гриба вдалося збільшити шляхом багаторазового систематичного впливу на нього такими мутагенами, як рентгенівське й ультрафіолетове опромінювання, азотистий іприт у сполученні зі спонтанними мутаціями й відбором найкращих продуцетнів. Завдяки цьому концентрація пеніциліну в культуральній рідині була доведена до 2 %, тобто збільшена в 10 тис. разів (20 г/л культуральної рідини).

Метод підвищення продуктивності штамів-продуцентів антибіотиків, який грунтується на безладних мутаціях, незважаючи на великі затрати праці й часу, використовується й нині. Це є наслідком того, що біосинтез антибіотика відбувається в результаті сумісної дії 10-30 різних ферментів, кодованих відповідною кількістю генів. Полігенний механізм, покладений в основу біосинтезу антибіотика, є причиною того, що зміни окремих генів не дають бажаних результатів. Крім того, для багатьох антибіотиків, мікробіологічне виробництво яких налагоджено, молекулярні механізми їх біосинтезу дотепер не з’ясовані.

Для масштабного виробництва пеніциліну G використовують високопродуктивний промисловий штам Penicillium chrysogenum, який був одержаний у результаті послідовних циклів мутагенезу і селекції. Вирощують його глибинним методом у ферментерах за допомогою фенілоцтової кислоти, яка є попередником бензильного бокового ланцюга молекули антибіотика. Інтенсивний синтез пеніциліну розпочинається за наявності великої кількості біомаси міцелію при повному використанні глюкози і молочної кислоти в середовищі, при рН, наближеному до нейтрального. Мікробіологічна стадія при виробництві пеніциліну триває близько 200 год. Після закінчення ферментації культуральну рідину фільтрують, а клітини плісені промивають. З фільтрату і промивок за допомогою бутанолу й іонів калію у спеціальних установках - кристалізаторах одержують кристалічну калієву сіль пеніциліну G (чистота - 99,5 %), яка є вихідним матеріалом для наступних хімічних модифікацій.

До цього часу пеніцилінові антибіотики становлять найважливішу групу хіміотерапевтичних засобів. Ядром пеніцилінів є 6-амінопеніциланова кислота, або 6-АПК, яку використовують для отримання напівсинтетичних пеніцилінів (рис. 11.1).

Рис.11.1. Будова молекули пеніциліну

Отримання антибіотиків цефалоспоринового ряду.

Цефалоспорини - друга велика група екстрацелюлярних β-лактамних антибіотиків, у яких шестичленне дигідротіазинове кільце з’єднане з β-лактамним кільцем. Завдяки цьому ядром цефалоспоринів є 7а-аміноцефалоспоринова кислота або 7-АЦК (цефемове ядро), вперше виділене у процесі очищення цефалоспорину С.

Рис. 11.2. 7-аміноцефалоспоринова кислота (7-АЦК)

При виробництві цефалоспорину С поєднують мікробіологічний метод з подальшою хімічною модифікацією. Як продуцент антибіотика використовується Cephalosporiumacremonium. У цього антибіотика поєднується антибактеріальна активність як проти грампозитивних, так і грамнегативних мікроорганізмів. Проте для досягнення лікувального ефекту потрібні високі концентрації цефалоспорину С. Він є матеріалом для подальших хімічних модифікацій.