БІОТЕХНОЛОГІЯ - Іншина Н.М. - 2009

РОЗДІЛ 5. ПРОМИСЛОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ

Виробництво антибіотиків

Антибіотики становлять найбільший клас фармацевтичних сполук, синтез яких здійснюють мікроорганізми. Обсяг світового ринку антибіотиків зростає на 10 - 12% за рік і становить понад 23 млрд доларів. Щороку вчені в'дкривають від 100 до 200 нових антибіотиків, з яких лише 1 - 2% мають терапевтичну цінність.

Антибіотики — це специфічні хімічні речовини, що продукуються мікроорганізмами і здатні у малих кількостях справляти вибіркову токсичну дію на інші мікроорганізми або клітини пухлин.

Термін «антибіотик» походить від латинського слова antibioticum, що означає «проти життя». У 1889 р. французький лікар П. Віллемен запропонував термін «антибіозиз», що означав процес взаємного пригнічення органвмів. Наприкінці XIX ст. російські лікарі ВА. Манасеїн та А.Г. Полотебнов застосовували зелену плісень для лікування гнійних ран. У 1896 р. Б. Гозіо виділив з грибів перший антибіотик - мікофенолову кислоту. Німецький лікар Герхард Доматк відкрив перший сульфаніламід — пронтозил.

У 1913 р. К. Алсберг виділив пеніцилінову кислоту.

У 1921 р. Олександр Флемінг відкрив лізоцим. У 1928 р. О. Флемінг одержав завдання написати статтю про мінливість стафілококів. В одну з чашок Петрі зі стафілококами випадково потрапили спори зеленої кистевидної плісені Penicillum notatum. Учений звернув увагу на руйнування колоній стафілококів навколо Penicillum, гак був відкритий пеніцилін (1929 р.). У 1940 р. Ернест Борис Чейн очистив пеніцилін і встановив його молекулярну масу, а Хауард Уолтер Флорі провів перші дослідження пеніциліну на тваринах. У 1945 р. Флемінг, Чейн і Флорі отримали Нобелівську премію за дослідження пеніциліну. Під час Другої світової війни пеніцилін урятував життя багатьох поранених.

У 1945 р. Бротзу виділив з проби морської води плісень Cephalosporium acremonium, що синтезує кілька антибіотиків, утому числі цефалоспорин С.

У СРСР дослідження пеніциліну проводила професор З.В. Єрмольєва. На основі пліснявого гриба дині Penicillum chrysogenus методом селекції був одержаний промисловий штам, продукгивніста якого (50 г пеніциліну на 1 л поживного середовища) у 10 000 разів перевищувана продуктивність дикого штаму Penicillum notatum, що використовував Флемінг.

У 1952 р. Зельман Ваксман (за походженням українець) отримав Нобелівську премію за відкриття стрептоміцину. Саме 3. Ваксман запропонував термін «антибіотик» 3 60-х років XX ст. учені перейшли від пошуку нових антибіотиків до модифікації структури вже відомих. З 1970 - 1980 рр. розпочалося промислове виробництво антибіотиків. У 1980 р. обсяг світового виробництва антибіотиків становив 25 000 т, а сьогодні — понад 100 000 т за рік.

Відомо більш ніж 6000 видів антибіотиків, хімічна структура встановлена лише для 1/3 з них. Антибіотики синтезуються в результаті сумісної дії продуктів 10 - 30 генів. Синтезувати антибіотики хімічним шляхом складно, дорого, практично неможливо. Хімічний синтез тетрацикліну радянським ученим академіком М.М. Шемякіним уважаться одним із найвагоміших досягнень органічного синтезу.

У біотехнологічній промисловості основними продуцентами антибіотиків є бактерії Streptomyces, що мешкають у грунті. Один вид Streptomyces griseus синтезує більш ніж 50 антибіотиків. Найпоширенішими антибіотиками є пеніциліни, цефалоспорини, тетрацикліни.

Залежно від впливу антибіотики поділяють на такі групи:

1) антибактеріальні (тетрацикліни, аміноглікозиди, цефалоспорини);

2) протипухлинні (олівоміцин, рубоміцин, актиноміцин, карміноміцин);

3) протигрибкові (ністатин, гризеофулін).

Молекулярні механізми дії антибіотиків реалізуються за рахунок порушення таких процесів:

- синтез клітинної оболонки бактерій (пеніциліни);

- синтез білків (тетрацикліни, хлорамфеніколи);

- синтез нуклеїнових кислот (протипухлинні антибіотики);

- цілісність плазматичної мембрани (полієни).

У сільському господарстві антибіотики використовують не лише для боротьби з інфекційними захворюваннями рослин і тварин, а й для стимулюваня росту тварин. Кормові антибіотики є висушеною біомасою продуцента, що, крім антибіотиків, містить амінокислоти, вітаміни, ферменти та інші біологічно активні речовини. Прикладом кормових антибіотиків є препарати на основі хлортетрацикліну (біовіт, біоміцин), одержані на основі біомаси бактерій Bacillus Licheniformis.

У медицині антибіотики використовують для лікування інфекційних (туберкульоз, менінгіт, плеврит, пневмонія) та онкологічних захворювань; у тваринництві - як добавки до кормів для покращання росту і розвитку молодняка; у харчовій промисловості — як консерванти; у біологічних дослідженнях — для з’ясування механізмів біосинтезу білка і нуклеїнових кислот, функціонування біологічних мембран, трансформації нормальних клітин у злоякісні під дією онкогенних вірусів.

Застосування технології рекомбінантних ДНК дозволяє створювати нові антибіотики з унікальною структурою, що мають сильнішу дію на певні мікроорганізми і володіють мінімальними побічними ефектами.