15.7.8.2. Principalele etape ale producției industriale de antibiotice
Procesul de preparare a antibioticelor cuprinde patru etape principale (Figura 15.7.23) [145]: obținerea unei tulpini adecvate de producție industrială a antibioticelor; biosinteza antibioticelor; izolarea și purificarea antibioticului; concentrația, stabilizarea antibioticului și prepararea produsului finit.
Fig. 07.15.23. Schema de producere a antibioticelor în procesul de biosinteză microbiană
Producția de producători de substanțe antibiotice [145]
Prima sarcină în căutarea producătorilor de antibiotice este izolarea lor din surse naturale. În același timp, în aceste scopuri, se utilizează pe scară largă metoda de schimbare a genomului producătorului izolat de antibiotic prin mutageneză și inginerie genetică.
Baza pentru majoritatea tehnicilor de izolare a producătorilor este principiul izolării culturii pure a microbului și testarea directă a acestuia în raport cu organismele testate utilizate.
Cele mai multe bacterii saprofite creste bine pe o compoziție bogată în medii naturale (agar simplu, agar cartof, wort agar etc.) La un pH de aproximativ 7,0 și o temperatură de 30-37 ° C. În aceleași condiții, actinomycetele și niște ciuperci se dezvoltă, dar pentru ei sunt mai puțin favorabile decât pentru bacterii.
Actinomycetele cresc mai încet decât bacteriile; ei pot folosi astfel de surse de nutriție, care nu sunt foarte bine absorbite de bacterii. Pentru separarea actinomictelor, sunt recomandate materialele prezentate în tabelul 1. 15.7.112. PH-ul mediului după sterilizare este stabilit în intervalul de 6,8-7,1.
Micile ciuperci se dezvoltă preferențial pe medii cu un pH ușor mai scăzut (4,5-5,0), pe care multe bacterii și actinomicite cresc slab. Pentru a identifica ciupercile filamentoase, putem recomanda mediile enumerate în Tabelul. 15.7.113.
Influența condițiilor de cultivare asupra biosintezei antibioticelor [145]
Printre cei mai importanți factori care influențează expresia proprietăților antibiotice ale microorganismelor includ compoziția mediului, aciditatea activă, condiții redox, temperatura de cultură, metodele de co-cultivare a două sau mai multe microorganisme și alți factori.
Medii pentru cultivarea microorganismelor. Mediul natural (complex) format din compuși naturali și au o compoziție chimică nedefinită (a plantelor verzi, țesuturi de origine animală, malțul, drojdie de bere, fructele, legumele, gunoiul de grajd, sol și așa mai departe. D.), să conțină toate componentele necesare pentru creștere și dezvoltare microorganismele majorității speciilor. Se folosesc următoarele medii:
- carne și peptonă, care simultan cu extractul de carne și peptonă include clorură de sodiu, fosfat de potasiu, uneori glucoză sau zaharoză; De obicei folosit în practica de laborator;
- medii de cartofi cu glucoză și peptonă, adesea folosite în laborator pentru cultivarea multor specii de actinomicite și bacterii;
- mediu cu extract de porumb, făină de soia, borhot și alte substanțe, care includ sulfat de amoniu, carbonat de calciu, fosfați, glucoză, zaharoză, lactoză sau alți carbohidrați, precum și o serie de alți compuși; mediul sunt utilizate cu succes în industrie, deoarece acestea sunt ieftine și asigură o bună dezvoltare a microorganismelor cu un randament ridicat de antibiotice.
Deoarece mediile naturale nu permit obținerea unor date cantitative stricte pentru studierea caracteristicilor fiziologice și biochimice ale organismului, se utilizează medii sintetice care sunt selectate individual pentru producătorii individuali. Mediile sintetice pot fi relativ simple și complexe, pentru compilarea metodelor de planificare a experimentului matematic.
Sursele de carbon pot fi acizi organici, alcooli, carbohidrați, combinații de compuși cu conținut de carbon (Tabelul 15.7.114).
Influența sursei de carbon asupra creșterii B. brevis subsp. G.B.
și biosinteza gramicidinei (48 h de cultivare) [145]
Biomasa, mg / 100 ml
În producția industrială a unui număr de antibiotice, amidonul din cartofi, făina de porumb sau alte materiale vegetale sunt adesea folosite ca surse de carbon. Cu toate acestea, nu toți producătorii au amilaze suficient de active capabile să hidrolizeze materiile prime care conțin amidon. Zaharificarea prealabilă a materialelor care conțin amidon cu enzime facilitează în mare măsură utilizarea acestor materiale de către microorganisme.
Sursele de azot au un mare impact asupra formării microorganismelor de substanțe antibiotice. De obicei în medii pentru cultivarea microorganismelor surse de azot sunt săruri de azot (mai puțin acid azotos), săruri de amoniu ale acizilor organici și anorganici, aminoacizi, proteine și produșii de hidroliză ai acestora. Multe microorganisme utilizează cu succes formele oxidate de azot, unele dintre ele necesită doar o sursă de azot nitric (Streptomyces auranticus, S. subtropicus și altele). Un număr de actinomicite absorb absorbții mai bune decât sărurile de amoniu; pot folosi chiar nitriți dacă sunt introduși în mediu în cantități mici (nu mai mult de 50 mg NaNO2 / 1 litru de mediu). În acest caz, asimilarea nitriților este strâns legată de sursa de carbon; de exemplu, în prezența nitritului de glicerină este consumată mult mai bine decât în prezența glucozei. Utilizarea amoniului și a unor surse organice de azot prin ciuperci de mucegai este îmbunătățită în prezența unor cantități mici (0,1-0,2%) a unor acizi dicarboxilici (succinici și fumari). Într-o serie de cazuri, prezența atât a sursei de amoniu, cât și a azotului de azot (biosinteza penicilinei) este necesară pentru acumularea unui antibiotic.
De obicei, cel mai favorabil pentru microorganisme este raportul C. N = 20. Cu toate acestea, pentru formarea unui antibiotic, acest raport nu este întotdeauna optim. Prin urmare, pentru fiecare producător este necesar să se selecteze raportul corespunzător de carbon și azot.
Sursele de nutriție minerală sunt fosforul, sulful și alte macro- și microelemente.
Majoritatea microorganismelor utilizează cu ușurință ortofosfații ca surse de fosfor. Unele specii consumă și fitati (săruri ale acizilor inositolfosforici).
Producătorii de antibiotice în ceea ce privește concentrația de fosfor în mediu pot fi împărțiți în trei grupe:
- producătorii foarte sensibili pentru care concentrația optimă de fosfor în mediu este mai mică de 0,01% (producătorii de nistatină, tetracicline, florimicină, vancomicină);
- Producerea de o sensibilitate medie pentru care concentrația optimă de fosfor este de 0,010-0,015% (producători de streptomicină, eritromicină, cycloserine, neomicină);
- producători cu sensibilitate scăzută, pentru care concentrația optimă de fosfor este de 0,018-0,020% (producătorii novobiotsina, gramicidina, oleandomitina).
Sulful se gaseste in unele antibiotice formate fungi (penicilina, cefalosporina, gliotoksin și colab.), Bacterii (bacitracina, subtilin, depresiuni) și actinomicete (ehinomitsiny grup tiostreptonul). Sulfații servesc de obicei ca sursă de sulf în mediu. Cu toate acestea, în biosinteza penicilinei, cea mai bună sursă de sulf pentru producător este tiosulfatul de sodiu.
În plus, pentru biosinteza antibioticelor și microelementelor individuale. Astfel, producatorul de albumimicină S. subtropicus formează un antibiotic cu o concentrație semnificativă de fier în mediu. Fierul este necesar pentru formarea cloramfenicolului și a altor antibiotice.
Biosinteza unui număr de substanțe antibiotice (cloramfenicol, streptomicină, penicilină etc.) este promovată de ionii de zinc.
Efectul stimulativ asupra biosintezei gentamicinei, kuramicinei A și fosofonomicinei este asigurat de ionii de cobalt.
Ionii de ioni fac parte din unele antibiotice de tetraciclină și cloramfenicol.
Efectul pH-ului mediului. Multe organisme bacteriene care sintetizează antibiotice, mai bine să se dezvolte la un pH de aproximativ 7,0, deși unii, cum ar fi streptococi acid lactic care produc nisin, dezvolta mai bine în mediu, la pH = 5,5 ÷ 6,0.
Cele mai multe actinomicite se dezvoltă bine la valorile inițiale ale pH-ului mediu în intervalul de la 6,7 până la 7,8; în majoritatea cazurilor, viabilitatea actinomicitelor la pH sub 4,0-4,5 este suprimată.
Temperatura. Pentru majoritatea organismelor bacteriene, optimul temperaturii de dezvoltare se situează în intervalul de 30-37 ° C. Pentru producătorul de gramicidină C (B. brevis), temperatura optimă pentru dezvoltare și biosinteză este de 40 ° C.
Actinomicete sunt de obicei cultivate la o temperatură de 26-30 ° C, cu toate că unele specii de streptomicete pot dezvolta atât la inferior (de la 0 la 18 ° C) și crescute (C 55-60 °) temperaturi.
Pentru cele mai multe ciuperci miceliene, temperatura optimă este de 25-28 ° C.
Ventilatie. Majoritatea producătorilor studiați de antibiotice sunt aerobi. Pentru multe biosinteză de antibiotice (penicilină, streptomicină, etc.) Acumularea maximă are loc la un grad de aerare egală cu una în care, după un anumit volum de mediu per 1 minute purjate cu același volum de aer.
În procesul de dezvoltare a producătorului de antibiotic în condiții industriale, necesarul de oxigen al organismului variază în funcție de stadiul de dezvoltare, de viscozitatea QL și de alți factori. În anumite etape, pot exista situații asociate cu foametea de oxigen a producătorului. În aceste condiții, ar trebui luate măsuri suplimentare, de exemplu, creșterea concentrației de oxidant prin adăugarea de peroxid de hidrogen.
Etapele de dezvoltare ale producătorilor [145]
În condițiile culturii profunde, procesul de dezvoltare a organismului și sinteza antibioticului trece în două faze.
În prima fază a culturii, sau așa cum este numit uneori, tropofaze (faza de creștere echilibrată a microorganismului), există o acumulare intensă a biomasei care produc asociate cu consumul rapid al principalelor componente ale mediului și cu un nivel ridicat de absorbție a oxigenului.
În a doua fază de dezvoltare, numită idiofază (faza de creștere neechilibrată a microorganismului), acumularea biomasei este încetinită sau chiar redusă. Pe parcursul acestei perioade produsele metabolismul microorganismului utilizat doar parțial pentru construcția de material celular, acestea sunt orientate în primul rând la biosinteza antibiotic. De obicei, producția maximă de antibiotic în mediul înconjurător are loc după maximul acumulării de biomasă.
Intensificarea formării de antibiotice poate fi prin co-cultivarea producătorului de antibiotic cu alte specii de microorganisme selectate în mod special.
În special, tulpinile care produc trichothecene (Trichothecium roseum) prezintă cea mai mare activitate biologică în dezvoltare în comun cu ciuperci microscopice din genul Penicillium; randamentul unui antibiotic crește în acest caz de mai multe ori.
O creștere a producției de bacitracin are loc dacă producătorul antibioticului B. subtilis este cultivat împreună cu Pseudomonas sp.
Sporirea biosintezei levorin culturii S. levoris observată când co-cultivate cu actinomicete levuri Candida tropicalis.
In cocultură a doua tulpini mutante de Streptomyces noursei, a pierdut capacitatea de a Nistatina biosinteză, un antibiotic se formează în aceeași cantitate ca și în dezvoltarea inițială a tulpinii activă (Tabel. 15.7.115).
Formarea nistatinei în co-cultivarea a două stări inactive noursei (a patra zi) [145]
Metode de cultivare a producătorilor de antibiotice. Cea mai promițătoare metodă de creștere a microorganismelor - producătorii de antibiotice este metoda de cultivare profundă folosind procese periodice.
Izolarea și purificarea chimică a antibioticelor [145]
În funcție de locul în care se concentrează substanța antibiotică, se utilizează metode adecvate de extragere a acesteia.
Dacă antibioticul este în QL, acesta este izolat prin metode de extracție, utilizând un solvent nemiscibil în apă, precipitat ca un compus insolubil sau sorbat cu schimbători de ioni.
Din celulele microorganismelor, antibioticul este izolat prin extracție cu solvenți organici. Dacă antibioticul este conținut în QL și în celulele producătorului, atunci mai întâi acesta este transferat în faza din care este cel mai convenabil să se extragă substanța țintă.
Separarea soluției din biomasă și particulele în suspensie se efectuează prin filtrare sau centrifugare.
Purificarea antibioticului (separarea de impurități) se efectuează prin extracție, sorbție de schimb ionic și precipitare. După purificarea chimică, antibioticul este uscat, utilizând uscarea liofilică, uscarea într-un uscător prin pulverizare, uscarea într-un pat suspendat sau un aparat de uscare în vid
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: