Виробництво антибіотиків

Антибіотики (антибіотичні речовини) − це продукти обміну мікроорганізмів, вибірково пригнічують ріст і розвиток бактерій, мікроскопічних грибів, пухлинних клітин. Утворення антибіотиків -одна з форм прояву антагонізму. У наукову літературу термін уведений у 1942 р. 3. Ваксманом, − антибіотик − проти життя. За Н.С. Єгоровим: «Антибіотики − специфічні продукти життєдіяльності організмів, їх модифікації, що володіють високою фізіологічною активністю по відношенню до певних груп мікроорганізмів (бактерій, грибів, водорості), вірусів або до злоякісних пухлин, затримуючи їхній ріст або повністю пригнічуючи розвиток».

Специфічність антибіотиків порівняно з іншими продуктами обміну (спиртами, органічними кислотами), що також пригнічують ріст окремих мікробних видів, полягає в надзвичайно високій біологічній активності.

Механізми пошкоджуючої дії антибіотиків на клітини різні. Окремі антибіотики (пеніциліни, новобіоцин, цефалоспорини) пригнічують процеси утворення клітинних стінок; інші (стрептоміцин, поліміксини) змінюють проникність мембран; треті (граміцидини) пригнічують окислювальне фосфорилування; хлорамфенікол пригнічує окремі етапи синтезу білка на рибосомах; азасерін і сарколізин викликають порушення в процесах синтезу нуклеїнових кислот і так далі.

Існує декілька підходів до класифікації антибіотиків: за типом продуцента, будовою, характером дії. За хімічною будовою розрізняють антибіотики ациклічної і алициклічної будови; хінони; поліпептиди й ін.

За спектром біологічної дії антибіотики можна підрозділити на декілька груп:

− антибактеріальні − такі, що мають порівняно вузький спектр дії (пеніцилін, еритроміцин, граміцидін, бацитрацин), пригнічують розвиток грампозитивних мікроорганізмів (стафілококи, стрептококи, пневмококи), і широкий спектр дії (стрептоміцин, тетрациклін, неоміцин, хлороміцетін), що пригнічують як грампозитивні, так і грамнегативні мікроорганізми (кишкову паличку, дифтерії, черевний тиф);

− протигрибкові, група полієнових антибіотиків (ністатин, грізеофульвін та ін.), що діють на мікроскопічні гриби;

− протипухлинні (актиноміцини, мітоміцин й ін.), такі, що діють на пухлинні клітини людини і тварин, а також на мікроорганізми.

У даний час описано понад 6000 антибіотиків, але на практиці застосовується близько 150, оскільки багато з них мають високу токсичність для людини, інші − інактивуються в організмі.

Антибіотики широко застосовуються в різних сферах людської діяльності: медицині, харчовій і консервній промисловості, сільському господарстві. Відкриття антибіотиків викликало переворот у медицині. Широко відоме застосування антибіотиків з бактерицидною і бактеріостатичною дією; завдяки антибіотикам стали виліковними багато інфекційних захворювань (чума, туберкульоз, пневмонія, черевний тиф, холера й ін.). Протягом багатьох років антибіотики застосовують у сільському господарстві як стимулятори росту сільськогосподарських тварин, засоби боротьби з хворобами тварин і рослин. Антибіотичні речовини також широко застосовують для боротьби із сторонньою мікрофлорою у ряді бродильних виробництв і в консервній промисловості. Проте не можна не сказати про те, що тривале і неконтрольоване застосування антибіотиків призводить до виникнення і широкого розповсюдження в мікробних популяціях R-фактора стійкості до антибіотиків, що передається від однієї бактерійної клітини до іншої за допомогою плазмід у процесі кон'югації. Засобами боротьби з проявом лікарської прихильності до антибіотиків є обґрунтоване і суворо контрольоване їх застосування і отримання нових, модифікованих антибіотичних препаратів, що володіють біологічною активністю до резистентних форм.

Здатність синтезувати антибіотики поширена серед різних представників мікробного світу. Зв'язку між таксономічним станом мікроорганізмів і здатністю синтезувати той або інший антибіотик немає. Так, мікроорганізми, що належать до однієї групи, здатні синтезувати найрізноманітніші за хімічною будовою і дією антибіотики, та один і той самий антибіотик може продукуватися різними мікроорганізмами. Продуцентами антибіотиків є бактерії, актиноміцети, міцеліальні гриби.

Описано близько 600 антибіотиків, які синтезуються бактеріями. Ці антибіотики за хімічною будовою належать до поліпептидів і низькомолекулярних білків. Проте в промислових масштабах випускається незначна кількість антибіотиків бактеріального походження. Найважливішими з їх є: граміцидін (Bacillus brevis), поліміксини (Вас. роlутуха, Вас. circulans), бацитрацини (Bacillus licheniformis), низини (Streptococcus lactis).

Міцеліальні гриби також синтезують чималу кількість антибіотиків (близько 1200). Найбільш відомі серед них такі: пеніциліни (Репісillium chrysogenum, P.brevicompactum, Aspergillus Jlavus, Aspnidulans, цефалоспоріни (Cephalosporium acremonium), фумалгін (Aspergillus fumigatus), грізеофульвін (Penicillium nigricans, P. griseofulvum), трихоцетін (Trichthecium roseurri).

Синтез антибіотиків мікробними клітинами − це специфічний процес обміну речовин, що виник і закріплений у процесі еволюції організму. Кожен мікробний вид здатний утворювати один або декілька певних антибіотичних речовин. Виділені з природних джерел, так звані дикі штами мають низьку антибіотичну активність. У промисловості застосовують як продуценти штами, що порівняно з вихідними штамами володіють підвищеною на 2...З порядки антибіотичною активністю. Це досягається, як і в багатьох інших біотехнологічних процесах, двома способами:

− генетичними удосконаленнями організмів;

− оптимізацією умов ферментації.

Антибіотики − це вторинні продукти обміну мікроорганізмів (ідіоліти). Характерною особливістю розвитку продуцентів антибіотичних речовин є яскраво виражена двофазність: у першій фазі розвитку мікроорганізмів відбувається накопичення біомаси, в другій − синтез антибіотика. При цьому дуже важливо створити умови ферментації, адекватні цій двофазності з урахуванням дії антибіотика, що інгібує, як продукт обміну продуцент.

У процесах виробництва антибіотиків дуже велике значення має правильний вибір складу поживного середовища. Залежно від природи використаного мікроорганізму, як джерело вуглецю, можливе застосування різних субстратів. Наприклад, для отримання пеніциліну кращим джерелом вуглецю і енергії є глюкоза і лактоза; граміцидіну − гліцерин і солі янтарної кислоти; стрептоміцину і неоміцину − глюкоза. За розробки складу середовища для кожного окремого продуцента індивідуально підбирають не лише тип вуглецевого субстрату, а і його концентрацію. Як джерело азоту багато продуцентів антибіотиків використовують відновлені форми (амоній і амінокислоти), проте деякі віддають перевагу нітратам. Коли джерело азоту має бути присутнім у вигляді готових амінокислот, поліпептидів або білків, використовують пшеничне і кукурудзяне борошно, екстракти дріжджової біомаси. Велике значення має концентрація в середовищі фосфору, а також інших мінеральних елементів (сірки, марганцю, заліза, кобальту й ін.).

Окрім складу середовища, великий вплив на вихід антибіотиків здійснюють інші фізико-хімічні фактори середовища: рН, температура, забезпечення киснем, що підбираються і задаються індивідуально для кожного продуцента.

Особливо високі вимоги висувають до антибіотиків медичного призначення. Тому виділення, очищення, концентрація, висушування, а також розфасовка і упаковка медичних антибіотиків здійснюються в асептичних умовах. Готовий продукт піддається ретельному біологічному і фармакологічному контролю. Біологічний контроль визначає ступінь стерильності препарату. В ході фармакологічного контролю проводять всебічні випробування препарату на токсичність, пірогенність, токсикогенність та ін.; встановлюють максимально переносиму дозу антибіотика; дози, що викликають повну і 50% загибель експериментальних тварин. Готова форма лікарського препарату антибіотичної речовини надходить до споживача з вказівкою біологічної активності й дати випуску.

Антибіотики немедичного призначення, що використовуються в сільському господарстві, отримують також в умовах суворої стерильної регламентованої культури, проте готовий продукт є висушеною біомасою продуцента або культуральним середовищем. У такому препараті, окрім антибіотика, містяться також інші біологічно активні речовини (вітаміни групи В, ферменти, вітаміни, амінокислоти).

Найбільш відомі серед уживаних як кормові антибіотичні препарати − біовит і біомицин, з ряду хлортетрацикліну, а також гризин, бацитрацин, гігроміцин й ін. Пригнічуючи розвиток хвороботворних мікроорганізмів, тим самим знижуючи захворюваність і смертність, антибіотики прискорюють ріст і розвиток тварин та птиці. Так, застосування антибіотиків в свинарстві забезпечує додатковий приріст від кожної тисячі тварин до 120 ц при скороченні витрати кормів на 5... 10%. При додаванні антибіотиків у корм курей-несучок можна додатково отримати до 15 тис. яєць на рік від 1000 курей.

Пошук продуцентів нових антибіотиків триває. Величезні перспективи для отримання високопродуктивних штамів відкриваються у зв'язку з розвитком новітніх методів клітинної і генетичної інженерії. Окрім удосконалення природи мікроорганізмів-продуцентів антибіотичних речовин, оптимізації апаратури і технологій, велике значення для отримання нового спектру препаратів, що володіють цінними властивостями порівняно з початковими, має так звана модифікація антибіотиків і винайдення напівсинтетичних препаратів. Отримані мікробіологічним шляхом антибіотики піддають хімічній модифікації, внаслідок якої можливе здобуття препаратів з більш вираженою фізіологічною дією.

Дата добавления: 2017-02-01