Общая характеристика антибиотиков
Введение
Антибиотики - вещества природного или полусинтетического происхождения, подавляющие рост живых клеток, чаще всего прокариотических или простейших.
Преподаваемое в университетах США определение антибиотиков, введённое Ваксманом и развитое Бенедиктом и Лэнглайком, дополнительно включает требование подавлять жизненные процессы микроорганизмов в малых концентрациях.
Антибиотики природного происхождения чаще всего продуцируются актиномицетами, реже — немицелиальными бактериями.
Некоторые антибиотики оказывают сильное подавляющее действие на рост и размножение бактерий и при этом относительно мало повреждают или вовсе не повреждают клетки макроорганизма, и поэтому применяются в качестве лекарственных средств.
Некоторые антибиотики используются в качестве цитостатических (противоопухолевых) препаратов при лечении онкологических заболеваний.
Антибиотики обычно не воздействуют на вирусы и поэтому бесполезны при лечении заболеваний, вызываемых вирусами (например, грипп, гепатиты A, B, C, ветряная оспа, герпес, краснуха, корь). Однако ряд антибиотиков, в первую очередь тетрациклины, действуют также и на крупные вирусы.
Цель работы: ознакомление с технологией производства антибиотиков .
Задача работы:Изучить историю изобретения, особенности получения антибиотиков, рассмотреть общую характеристику антибиотиков, технологическую схему и описать ее. Выяснить какое оборудование используют при производстве антибиотиков.
I.Обзор литературы
История изобретения
Мы привыкли ко многим вещам, изобретение которых когда-то потрясло мир и перевернуло быт. Мы не удивляемся стиральным машинам, компьютерам, настольным лампам. Нам даже трудно представить, как жили люди без электричества, освещая дома керосиновыми лампами или лучинами. Предметы окружают нас, и мы привыкли не замечать их ценности.
Наш сегодняшний рассказ посвящен не предметам быта. Это рассказ о средствах, к которым мы тоже привыкли и уже не ценим того, что они спасают самое ценное — жизнь. Нам кажется, что антибиотики существовали всегда, но это не так: еще во время Первой мировой войны солдаты умирали тысячами, потому что мир не знал пенициллина, и врачи не могли сделать спасительные уколы.
Воспаление легких, сепсис, дизентерия, туберкулез, тиф — все эти болезни считались либо неизлечимыми, либо почти неизлечимыми. В 30-ых годах ХХ (двадцатого!) века больные очень часто умирали от послеоперационных осложнений, главными из которых было воспаление ран и дальнейшее заражение крови. И это при том, что мысль об антибиотиках была высказана еще в XIX веке Луи Пастером (1822-1895).
Этот французский микробиолог открыл, что бактерии сибирской язвы погибают под действием некоторых других микробов. Однако его открытие не дало готового ответа или рецепта, скорее, поставило перед учеными множество новых вопросов: какие микробы «воюют», чем один побеждает другого... Конечно, чтобы выяснить это, пришлось бы проделать огромную работу. Видимо, такой пласт работы был неподъемным для ученых того времени. Однако ответ был совсем близко, с самого начала жизни на Земле...
Плесень. Такая знакомая и привычная плесень, тысячи лет живущая рядом с человеком, оказалась его защитником. Этот грибок, витающий в воздухе в виде спор, стал предметом спора между двумя русскими врачами в 1860-ых годах.
Незамеченное открытие
Алексей Полотебнов и Вячеслав Манассеин не сошлись во взглядах на природу плесени. Полотебнов считал, что от плесени пошли все микробы, то есть плесень есть прародитель микроорганизмов. Манассеин возражал ему. С целью доказать свою правоту последний начал исследование зеленой плесени (по-латыни penicillium glaucum). Спустя какое-то время врач имел счастье наблюдать интересный эффект: там, где был плесневой грибок, не было бактерий. Вывод следовал только один: каким-то образом плесень не позволяет развиваться микроорганизмам. Оппонент Манассеина Полотебнов тоже пришел к такому выводу: по его наблюдениям, жидкость, в которой образовывалась плесень, оставалась чистой, прозрачной, что свидетельствовало только об одном — бактерий в ней нет.
К чести проигравшего в научном споре Полотебнова, он продолжил свое исследование уже в новом русле, использовав плесень в качестве бактерицидного средства. Он создал эмульсию с плесневым грибком и спрыскивал ею язвы больных кожными заболеваниями. Результат: обработанные язвы заживали раньше, чем если бы остались без лечения. Конечно, как врач Полотебнов не мог оставить открытие втайне и рекомендовал такой способ лечения в 1872 году в одной из своих статей. К сожалению, его наблюдения наука обошла вниманием, и врачи всего мира продолжали лечить больных средствами времен мракобесия: кровопусканием, порошками из высушенных животных и насекомых и прочей бессмыслицей. Эти «средства» считались лечебными и использовались даже в начале прогрессивного ХХ века, когда братья Райт испытывали свои первые самолеты, а Эйнштейн работал над теорией относительности.
Убрать на столе – похоронить открытие
Статья Полотебнова осталась без внимания, и целых полвека никто из ученых не предпринимал новых попыток изучения плесневого грибка. Исследования Полотебнова и их результаты «воскресли» уже в начале ХХ века благодаря счастливой случайности и микробиологу, который не любил убирать на своем столе…
Шотландец Александр Флеминг, которого считают создателем пенициллина, с самой юности мечтал найти средство, уничтожающее болезнетворные бактерии. Он упорно занимался микробиологией (в частности – изучал стафилококки) в своей лаборатории, которая располагалась в одном из госпиталей Лондона и представляла собой тесную комнатушку. Помимо упорства и самоотверженности в работе, не раз отмеченные его коллегами, Флеминг обладал еще одним качеством: он не любил наводить порядок на своем столе. Склянки с препаратами иногда стояли на столе микробиолога неделями. Благодаря этой своей привычке Флемингу и удалось буквально наткнуться на великое открытие.
Однажды ученый оставил колонию стафилококков без внимания на несколько дней. А когда решил их убрать, то обнаружил, что препараты покрылись плесенью, споры которой, по-видимому, проникли в лабораторию через открытое окно. Флеминг не только не выбросил испортившийся материал, но и изучил его под микроскопом. Ученый был поражен: от болезнетворных бактерий не осталось и следа – только плесень и капли прозрачной жидкости. Флеминг решил проверить, действительно ли плесень способна убивать опасные микроорганизмы.
Микробиолог вырастил грибок в питательной среде, «подселил» к нему другие бактерии и поместил чашку с препаратами в термостат. Результат был поразительным: между плесенью и бактериями образовались пятна, светлые и прозрачные. Плесень «огораживала» себя от «соседей» и не давала им размножаться.
Что же это за жидкость, которая образуется возле плесени? Этот вопрос не давал покоя Флемингу. Ученый приступил к новому эксперименту: вырастил плесень в большой колбе и стал наблюдать за ее развитием. Цвет плесени менялся 3 раза: из белого в зеленый, а затем она стала черной. Питательный бульон тоже менялся – из прозрачного он стал желтым. Вывод напрашивался сам собой: плесень выделяет в окружающую среду какие-то вещества. Осталось проверить, обладают ли они столь же «убийственной» силой.
Эврика!
Жидкость, в которой жила плесень, оказалась еще более мощным средством массового поражения бактерий. Даже разведенная водой в 20 раз, она не оставляла бактериям никакого шанса. Флеминг забросил свои прошлые исследования, посвятив все мысли только этому открытию. Он выяснял, на какой день роста, на какой питательной среде, при какой температуре грибок проявляет наибольшее антибактериальное воздействие. Он выяснил, что жидкость, выделенная грибком, воздействует только на бактерии и безвредна для животных. Он назвал эту жидкость пенициллином.
В 1929 году Флеминг рассказал о найденном лекарстве в Лондонском медицинском научно-исследовательском клубе. Его сообщение осталось без внимания – так же, как когда-то статья Полотебнова. Однако шотландец оказался более упрямым, чем русский врач. На всех конференциях, выступлениях, собраниях врачей Флеминг так или иначе упоминал открытое им средство для борьбы с бактериями. Однако была еще одна проблема – нужно было как-то выделить чистый пенициллин из бульона, при этом не разрушив его.
Труды и награды
Выделить пенициллин – эта задача решалась не один год. Флеминг со товарищи предприняли не один десяток попыток, однако в чужой среде пенициллин разрушался. Врачи-микробиологи не могли решить эту задачу, здесь требовалась помощь химиков.
Информация от новом лекарстве постепенно достигла Америки. Спустя 10 лет после первого заявления Флеминга о пенициллине, этим открытием заинтересовались двое английских ученых, которых судьба и война забросила в Америку. В 1939 году Говард Флери, профессор патологии одного из оксфордских институтов, и Эрнст Чейн, биохимик, бежавший из Германии, искали тему для совместной работы. Их заинтересовал пенициллин, точнее, задача его выделения. Она и стала темой их работы.
В Оксфорде оказался штамм (культура микробов), который когда-то прислал Флеминг, поэтому у ученых был материал для работы. В результате долгих, трудных исследований и опытов Чейну удалось получить кристаллы калийной соли пенициллина, которые он затем превратил в слизистую массу, а потом – в коричневый порошок. Гранулы пенициллина были очень мощными: разведенные в пропорции один на миллион, они убивали бактерии через несколько минут, однако были безвредны для мышей. Опыты проводились на мышах: их заражали убойными дозами стрептококков и стафилококков, а затем спасали жизнь половине из них, вводя пенициллин. Опыты Чейна привлекли еще нескольких ученых. Было установлено, что пенициллин также убивает и возбудителей гангрены.
На человеке пенициллин был опробован в 1942 году и спас жизнь умирающему от менингита. Этот случай произвел большое впечатление на общество и врачей. В Англии наладить производство пенициллина не удалось из-за войны, поэтому в 1943 году производство открылось в Америке. В том же году американское правительство сделало заказ на 120 млн. единиц препарата. В 1945 году Флери и Чейн получили Нобелевскую премию за выдающееся открытие. Сам же Флеминг удостаивался различных званий и наград десятки раз: был удостоен рыцарского звания, 25 почетных степеней, 26 медалей, 18 премий, 13 наград и почетного членства в 89 академиях наук и научных обществах. На могиле ученого – скромная надпись: «Александр Флеминг – изобретатель пенициллина».
Изобретение, принадлежащее человечеству
Поисками средства для борьбы с бактериями ученые всего мира искали с тех самых пор, как узнали об их существовании и смогли разглядеть в микроскоп. С началом Второй мировой войны необходимость в этом средстве назрела как никогда. Неудивительно, что в Советском Союзе тоже работали над этим вопросом.
В 1942 году профессор Зинаида Ермольева получила пенициллин из плесени пенициллиум крустозум, взятой со стены одного из бомбоубежищ Москвы. В 1944 году Ермольева, после долгих наблюдений и исследований, решила испытать свой препарат на раненых. Ее пенициллин стал чудом для полевых врачей и спасительным шансом для многих раненых бойцов. В том же году в СССР было налажено производство пенициллина.
Антибиотики – это большая «семья» средств, а не только пенициллин. Некоторые из его «сородичей» были открыты в военные годы. Так, в 1942 году Гаузе получил грамицидин, а в 1944-ом – американец украинского происхождения Ваксман выделил стрептомицин.
Полотебнов, Флеминг, Чейн, Флери, Ермольева, Гаузе, Ваксман – эти люди своими трудами подарили человечеству эпоху антибиотиков. Эпоху, когда менингит или воспаление легких не становятся приговором. Пенициллин так и остался незапатентованным: никто из его создателей не претендовал на авторство средства, спасающего жизни.
Классификация антибиотиков
По механизму воздействия на микробную клетку антибиотики подразделяют на 6 отдельных классов:
1. Специфические ингибиторы синтеза клеточной стенки микроорганизмов. Бета-лактамные антибиотики - пенициллины и цефалоспорины. Антибиотики группы ванкомицина.
2. Антибиотики, нарушающие молекулярную организацию и функции клеточных мембран. Полимиксины. Полиены.
3. Антибиотики, подавляющие синтез белка на уровне рибосом. Хлорамфеникол. Макролиды (эритромицин, олеандомицин). Линкомицин. Фузидин. Тетрациклины
4. Ингибиторы синтеза РНК на уровне РНК-полимеразы. Рифамицины.
5. Ингибиторы синтеза РНК на уровне ДНК-матрицы. Актиномицины. Антибиотики группы ауреоловой кислоты.
6. Ингибиторы синтеза ДНК на уровне ДНК-матрицы. Митомицин С. Антрациклины. Блеомицины.
Применение антибиотиков.
Антибиотики представляют собой самую многочисленную группу лекарственных средств. Они используются для предотвращения и лечения воспалительных процессов, вызванных бактериальной микрофлорой. Сейчас существуют сотни лекарственных средств, избирательно действующих на возбудителей различных заболеваний. Сфера антибиотиков - это быстро прогрессирующие инфекции или бактериальное заражение жизненно важных органов, с которыми иммунная система не может справиться сама. Антибиотики незаменимы при остром развитии болезни - ангины и пневмонии, а также при инфекционном воспалении, которое локализуется в закрытых полостях (отит, гайморит, остеомиелит, абсцесс, флегмона).
В настоящее время ведутся активные работы по изысканию антибиотиков нового поколения, эффективных при лечении вирусных и раковых заболеваний.
Антибиотики находят применение в сельском хозяйстве, прежде всего как лечебные препараты в животноводстве, птицеводстве, пчеловодстве и растениеводстве, а отдельные антибиотические вещества - как стимуляторы роста животных.
Некоторые из антибиотиков с успехом применяются в пищевой и консервной промышленности в качестве консервантов скоропортящихся продуктов (свежей рыбы, мяса, сыра, различных овощей).
Биосинтез антибиотиков
Стадия биосинтеза (образования) антибиотика. Это основная биологическая стадия сложного процесса получения антибиотического вещества. Главная задача на этой стадии — создание оптимальных условий для развития продуцента и максимально возможного биосинтеза антибиотика.
Высокая результативность стадии зависит от уровня биосинтетической активности продуцента антибиотика, времени его максимального накопления, стоимости сред для культивирования организма, в том числе стоимости применяемых предшественников, а также общих энергетических затрат на процессы, связанные с развитием продуцента антибиотического вещества.
Для максимального выхода антибиотика при культивировании продуцента используют комплекс мер, включающий подбор наиболее благоприятных для этих целей питательных сред и режимов культивирования организма. Весь этот комплекс мер включается в понятие управляемый биосинтез.
В промышленных условиях управляемый биосинтез требует строгого соблюдения технологического процесса как на этапе подготовки инокулята, так и на стадии биосинтеза. При подготовке инокулята особое внимание обращают на состав среды, на которой выращивается организм, на возраст клеток или мицелия. На стадии биосинтеза кроме состава среды большую роль играют скорость потребления тех или иных ее компонентов, предшественники, регуляция процесса аэрации культуры, поддержание соответствующих температуры и рН среды и другие показатели режима культивирования.
Стадия предварительной обработки культуральной жидкости, клеток (мицелия) микроорганизма и фильтрации (отделения культуральной жидкости от биомассы продуцента). Эффективность стадии во многом определяется составом среды для выращивания продуцента антибиотика, характером его роста, местом основного накопления биологически активного вещества (в культуральной жидкости или внутриклеточно).
Стадия выделения и очистки антибиотика. На этой стадии в зависимости от свойств антибиотика, его химического строения и основного места накопления антибиотического вещества применяются различные методы выделения и очистки. В качестве основных методов используются экстракция, осаждение, сорбция на ионообменных материалах, упаривание, сушка.
Особенность этой технологической стадии определяется тем, что на первом этапе работы приходится иметь дело с небольшой концентрацией (не более 1\%) антибиотика в обрабатываемом растворе, тогда как на последующих этапах его концентрация увеличивается до 20-30\%. Все это требует применения различных емкостей и объемов используемых реагентов.
Стадия получения готовой продукции, изготовление лекарственных форм, расфасовка. Особенность стадии определяется очень высокими требованиями к качеству конечного продукта. При химической очистке антибиотических веществ необходимо соблюдать безукоризненную чистоту помещений, оборудования, проводить их систематическую дезинфекцию. В случае выпуска антибиотиков, предназначенных для инъекций, препараты должны быть стерильными; получение таких антибиотических препаратов, приготовление различных лекарственных форм, дозировку (расфасовку) и упаковку следует проводить в асептических условиях. Расфасовка должна соответствовать запросам медицинских работников, связанным с удобством применения антибиотиков на практике.
В условиях промышленного производства антибиотиков принимают меры к максимальному снижению себестоимости препаратов путем интенсификации всех стадий технологического процесса, и прежде всего повышения эффективности первой стадии — биосинтеза антибиотического вещества. Для этого необходимо:
а) внедрение в производство наиболее высокопродуктивных штаммов микроорганизмов — продуцентов антибиотиков;
б) создание и обеспечение самых благоприятных условий развития продуцента антибиотика на относительно дешевых средах;
в) широкое использование математических методов планирования процесса развития организма и электронно-вычислительной техники в целях оптимизации и моделирования условий его культивирования, обеспечивающих максимальный выход антибиотика;
г) применение современного оборудования на всех стадиях технологического процесса с автоматизированными контролирующими устройствами основных параметров развития организма и стадий биосинтеза антибиотика.
Вместе с этим необходимы повышение качества выпускаемых антибиотиков, их стандартизация.
II. Экспериментальная часть
Подготовка инокулята
Подготовка посевного материала включает следующие стадии:
1) выращивание посевного мицелия 1-й генерации в аппаратах малой емкости (инокуляторах);
2) выращивание посевного мицелия 2-й генерации в аппаратах большой емкости.
Споровая культура, используемая для засева инокулятора, выращивается на пшене в стеклянных флаконах, высушивается и в таком виде хранится при комнатной температуре. Засев производят сухими спорами из 2-3 флаконов.
Основной задачей при культивировании продуцента пенициллина в посевных аппаратах на стадии подготовки инокулята является быстрое получение большой массы мицелия, способного обеспечить при пересеве в ферментер интенсивный рост и высокий выход антибиотика. Для осуществления этой задачи продуцент необходимо выращивать на средах, богатых легкоусвояемыми питательными веществами, в условиях хорошей аэрации, при оптимальной для роста микроорганизма температуре.
В качестве легкоусвояемого углерода выступает глюкоза, сахароза и т.д. В качестве второго источника углерода применяют в небольших количествах лактозу, присутствие которой в среде для выращивания посевного мицелия желательно по следующей причине: ее потребление начинается не сразу, а после некоторого периода адаптации (привыкания), в течение которого происходит образование фермента, расщепляющего лактозу. Посевной мицелий, выращенный на среде, содержащей лактозу, обладает более высокой ферментативной активностью по отношению к трудноусвояемой лактозе и быстрее потребляет ее, что положительно сказывается на ходе ферментации.
Потребность гриба в азоте легко удовлетворяется минеральным азотом - аммонийным или нитратным. Помимо неорганического азота, в состав посевных сред, применяемых в промышленности, входит богатое органическим азотом растительное сырье типа кукурузного экстракта.Растительное сырье характеризуется не только наличием органического азота, оно содержит дополнительный углерод, входящий в состав аминокислот, полипептидов и белков, а также минеральные элементы, витамины и ростовые вещества.
Кроме углерода и азота, для роста микроорганизма необходимы фосфор, сера, магний, калий и микроэлементы – марганец, цинк, железо, медь. Большинство известных посевных сред содержит почти все вышеуказанные элементы, но в различных соотношениях. В таблице 1 приведен пример среды, применяемой для выращивания посевного материала.
Таблица 2 – Состав одной из сред для выращивания посевного материала
| Вещество | % |
| Кукурузный экстракт | 2 (на сухой вес) |
| Глюкоза | |
| Лактоза | 0,5 |
| Азотнокислый аммоний | 0,125 |
| Однозамещенный фосфорнокислый калий | 0,2 |
| Сернокислый магний | 0,025 |
| Сернокислый натрий | 0,05 |
| Мел | 0,5 |
Существенное влияние на рост мицелия оказывает рН среды. Наиболее благоприятное значение рН для роста мицелия лежит между 6,0-6,5. При более кислом или более щелочном рН рост и развитие микроорганизма замедляются.
Выращивание посевного мицелия продолжается 36-50 часов до получения биомассы средней густоты. Мицелий, выращенный в инокуляторах, передается в количестве 10% по объему в посевные аппараты, где культивируется в течение 12-18 часов, а затем передается в большие ферментеры в количестве 15-20%. Процесс выращивания посевного мицелия 1-й и 2-й генерации осуществляется при температуре 24-26°.
Пенициллы - продуценты пенициллина являются типичными аэробами и требуют для своего роста и развития наличия кислорода. Для получения высокопродуктивного посевного мицелия наряду с оптимальной питательной средой необходимо обеспечить и достаточное снабжение гриба. В процессе производства пенициллина выращивание посевного мицелия осуществляют при непрерывном перемешивании и бесперебойной подаче воздуха в аппараты в количестве 1,2-1,5 объема воздуха на 1 объем среды в минуту.
Процесс ферментации
Ферментация является основной стадией в производстве пенициллина, на которой формируется целевой продукт. В промышленности применяется метод глубинной ферментации, при котором культура микроорганизма выращивается в питательной среде, заполняя весь ее объем. У различных штаммов потребность в источниках питания неодинакова. В связи с этим состав сред не является постоянным и универсальным для всех продуцентов, образующих пенициллин, и меняется с появлением новых штаммов.
Ферментационная среда должна быть составлена таким образом, чтобы развивающаяся культура, потребляя питательные вещества и выделяя продукты обмена, сама создавала необходимые условия и осуществляла переход от фазы роста мицелия к фазе пенициллинообразования. Желательно, чтобы вторая фаза была более продолжительной и чтобы процесс ферментации прекращался до наступления автолиза.
Для этого, как и при выращивании посевного материала необходимо одновременное присутствие в среде как легко-, так и трудноусвояемого углевода. Легкоусвояемый углевод обеспечивает быстрый рост и образование обильной биомассы; трудноусвояемый углевод создает условия, благоприятные для биосинтеза антибиотика.
При промышленном биосинтезе пенициллина наибольшее распространение в качестве легкоусвояемого углевода получила глюкоза или гидрол. Трудноусвояемым углеводом является лактоза. Лактоза является единственным углеводом, обеспечивающим полноценное протекание фазы пенициллинообразования. Высокий выход антитибиотика получают только при наличии в среде лактозыв качестве основного источника углевода. Лактоза находится в культуральной жидкости на протяжении всего процесса ферментации, благодаря чему мицелий обеспечен сахаром, биомасса в течение пенициллинообразования медленно растет, и накопление антибиотика достигает максимального уровня.
В состав ферментационных сред входит органический и минеральный азот. Отличным источником органического азота считается кукурузный экстракт, но он может быть с успехом заменен пшеничным экстрактом, различными жмыхами, соевой мукой, глютеном и другим растительным сырьем, богатым азотом.
Источником минерального азота обычно служат нитрат аммония, сернокислый аммоний и некоторые другие соли. При ассимиляции грибом аммонийного азота этих солей освобождаются анионы кислот, которые способствуют некоторому закислению среды.
Исключительно важную роль в обмене веществ клетки играет фосфор, который необходим не только для нормального роста и развития гриба, но и для осуществления самого процесса биосинтеза пенициллина. Для образования пенициллина требуется значительно более высокая концентрация фосфора в среде, чем для роста гриба.
Обязательным компонентом ферментационной среды является сера, входящая в состав важнейших аминокислот и ферментов. Сера необходима еще и потому, что она входит в состав молекулы пенициллина. В питательные среды сера вносится в виде солей серной кислоты и гипосульфита.
Из других элементов, необходимых для нормальной жизнедеятельности гриба и образования антибиотика, следует отметить калий, магний, цинк, железо, марганец, медь.
Также необходимо присутствие предшественников в среде. Предшественниками называются вещества, непосредственно включающиеся в молекулу получаемого продукта. Предшественником бензилпенициллина является фенилуксусная кислота (ФУК) или ее производные - фенилацетамид (ФАА), фенилэтиламин, фенилацетилглицин и другие вещества. Предшественником феноксиметилпенициллина является феноксиуксусная кислота (ФОУК). Оптимальная концентрация предшественника в среде устанавливается в зависимости от эффективности его использования для биосинтеза пенициллина данным штаммом.
Для биосинтеза пенициллина наиболее благоприятно нейтральное значение рН. Для поддержания в культуральной жидкости определенного уровня рН рекомендуется регулировать его с помощью автоматического добавления кислоты или щелочи либо путем установления правильного соотношения компонентов среды. В синтетических средах в качестве регуляторов рН чаще всего применяют органические кислоты, в комплексных средах - мел. Своеобразным регулятором рН при промышленном получении пенициллина является кашалотовый жир, который добавляется в среду в процессе ферментации как пеногаситель.
Для получения максимального выхода пенициллина основные компоненты среды должны входить в ее состав в строго определенных соотношениях и концентрациях. Состав некоторых сред, применяемых в производстве пенициллина представлен в таблице 2.
Таблица 2 – Состав сред, применяемых для получения пенициллина
| Компоненты | Среда | ||
| кукурузная | жмыховая | жировая | |
| Кукурузный экстракт | 2,0 – 3,0 | - | 2,0 – 3,0 |
| Жмыхи (арахисовый, подсолнечный, соевый и др.) | - | 2,0 – 4,0 | - |
| Лактоза | 5,0 | 5,0 | 1,0 |
| Глюкоза или гидрол | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Кашалотовый жир или растительные масла | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | 2,5-3,5 |
| Азотнокислый аммоний | 0,4 | 0,4 | 0,4 |
| Сернокислый натрий | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
| Фосфорнокислый калий однозамещенный | 0,4 | 0,4 | 0,4 |
| Сернокислый магний | 0,025 | 0,025 | 0,025 |
| Серноватистокислый натрий (гипосульфит) | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Мел | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 |
| Предшественник | 0,3-0,4 | 0,3-0,4 | 0,3-0,4 |
Основными показателями, свидетельствующими об окончании ферментации, являются полное исчезновение углеводов в культуральной жидкости и прекращение биосинтеза антибиотика. Процесс ферментации в производственных условиях осуществляется при температуре 26±10 С и продолжается обычно 120-125 часов.
Интенсивность биосинтеза пенициллина зависит от количества мицелия, образуемого в процессе ферментации. Большая биомасса образует больше пенициллина, поэтому содержание углеводов, азота, фосфора и серы в среде должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить максимальное образование мицелия. Однако большая биомасса еще не гарантирует высокого выхода антибиотика. Гриб необходимо обеспечить не только достаточным количеством питательных веществ, но и необходимым количеством кислорода. Питание гриба и аэрация являются двумя сторонами одного процесса – чем больше питательных веществ в среде, тем больше требуется кислорода для их окисления. С другой стороны, повышение концентрации питательных веществ в среде ведет к увеличению биомассы, для дыхания которой требуется пропорционально большее количество кислорода. Состав питательной среды и аэрация взаимообусловлены. Максимальное количество пенициллина может быть получено только на средах с высокой концентрацией компонентов в условиях достаточного снабжения культуры растворенным кислородом.
Важным условием успешного проведения процесса биосинтеза пенициллина является строгое соблюдение условий асептики, так как попадание посторонних микроорганизмов может резко снизить выход антибиотика. Многие распространенные микроорганизмы способны образовывать фермент пенициллиназу, расщепляющий пенициллины. Попадание даже небольшого числа бактерий, способных вырабатывать пенициллиназу, приводит к полной инактивации пенициллина, в связи чем следует уделять особое внимание стерильности питательных сред, воздуха и вспомогательных материалов.
Необходимость обеспечения условий стерильности процессов при технологических связях агрегатов между собой коллекторными системами загрузки питательных сред, передачи посевного материала из инокуляторов в ферментаторы накладывает более высокие требования к уровню автоматизации этих процессов.
Фильтрация
Обычно для отделения мицелия от культуральной жидкости применяют вакуум-барабанные фильтры непрерывного действия. Фильтрацию начинают до начала автолиза мицелия, поскольку при фильтрации автолизированной культуры мицелий не образует плотной пленки на фильтрующей поверхности барабана, а налипает в виде отдельных тонких комков, которые сами не отходят в зоне «отдувки» фильтра, и их приходится удалять вручную. При этом продолжительность фильтрации увеличивается в 2 - 3 раза, выход фильтрата резко падает, а сам фильтрат получается очень мутным.
Необходимо тщательно соблюдать условия, препятствующие разрушению пенициллина во время фильтрации, - охлаждение нативного раствора до 4-6°С и систематическая (после каждой загрузки) обработка фильтра, коммуникаций и сборников антисептиками, например хлорамином. Фильтр также должен систематически стерилизоваться острым паром.
Предварительная обработка нативного раствора
Нативный раствор (фильтрат культуральной жидкости) представляет собой более или менее мутную, окрашенную в желто-коричневый или зеленовато-коричневый цвет жидкость. Величина рН среды в зависимости от штамма продуцента, состава среды и продолжительности процесса ферментации обычно колеблется от 6,2 до 8,2.
Очень важной характеристикой нативного раствора является содержание в нем белковых веществ, определяемых осаждением трихлоруксусной кислотой или другим соответствующим методом.
Применяется несколько способов предварительной обработки нативного раствора с целью освобождения от белковых примесей: осаждение солями многовалентных металлов (например, А13+ Fе3+ или Zn2+ ), коагуляция танином, термическая коагуляция при температуре 60-75°С и рН 5,5 - 6,0, осаждение примесей катионными детергентами типа четвертичных аммониевых оснований (например, цетилпиридиний-бромидом или додецилтриметиламмонийхлоридом и т.п.). Применение этих методов приводит к потерям антибиотика. Обычно в результате коагуляции и последующей фильтрации или сепарирования теряется от 5 до 15%) пенициллина. При этом коагуляция солями металлов позволяет удалять не более 50% общего количества белковых веществ.
Заключение
В этой курсовой работе мы рассмотрели вопрос технологию производства антибиотиков. Изучили историю изобретения, особенности получения антибиотиков, рассмотрели общую характеристику антибиотиков, технологическую схему и описали ее. Выяснили какое оборудование используют при производстве антибиотиков.
Рассматривая эти вопросы, выяснили, что антибиотики в жизни человека играют огромную роль в лечении разнообразных болезней. Производство антибиотиков необходимо для жизнедеятельности всех живых организмов.
Список использованной литературы:
1. Антибиотики // Энциклопедия Кольера.
2. Тетрациклиновые антибиотики // Энциклопедия животноводства
3. Скибина К. П., Ананько С. Я. Информационно-фармацевтический анализ фальсифицированных лекарственных препаратов : [арх. 7 августа 2013]. — (Материалы V Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум»).
4. АТХ группа — J04A Противотуберкулёзные препараты. Энциклопедия лекарств и товаров аптечного ассортимента. РЛС Патент. — Инструкция, применение и формула.
5. http://www.antibiotic.ru/antibiotics.php
6. Пеннер Н.А., Нестеренко П.Н., Рыбалко М.А. Применение сверхсшитого полистирола для определения пирокатехина, резорцина и гидрохинона методом ОФ ВЭЖХ с предварительным динамическим концентрированием на потоке // Журн. аналит. химии. 2001. Т. 56. № 10. С.1067 – 1072.
7. Вершинин В.И., Кулешова М.П., Исаченко Н.А., Шилигин П.В. Методология анализа неразделенных смесей. Пределы погрешности при оценке суммарного содержания аналитов в пересчете на стандартное вещество. // Журн. аналит. химии. 2013. Т. 68. № 6.
8. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. — М.: Мир, 2002.
9. Егорова Т. А., Клунова С. М., Живу хин Е. А. Основы биотехнологии. — М., 2003.
10. Патрушев Л. И. Экспрессия генов. — М.: Наука, 2000. — ISBN 5-02-001890-2.
11. Сельскохозяйственная биотехнология. — М., 2003.
12. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. — Москва, 1998.
13. Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика. — Москва, 1981.
14. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular Cloning. — 1989.
15. Панчин А. Ю. Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей. — М.:АСТ. — 2015. — 432 с. ISBN 978-5-17-093602-1
16. Патрушев Л. И. Искусственные генетические системы. — М.: Наука, 2004. — ISBN 5-02-032893-6
Введение
Антибиотики - вещества природного или полусинтетического происхождения, подавляющие рост живых клеток, чаще всего прокариотических или простейших.
Преподаваемое в университетах США определение антибиотиков, введённое Ваксманом и развитое Бенедиктом и Лэнглайком, дополнительно включает требование подавлять жизненные процессы микроорганизмов в малых концентрациях.
Антибиотики природного происхождения чаще всего продуцируются актиномицетами, реже — немицелиальными бактериями.
Некоторые антибиотики оказывают сильное подавляющее действие на рост и размножение бактерий и при этом относительно мало повреждают или вовсе не повреждают клетки макроорганизма,