11

1. ТЕХНОЛОГІЇТЕХНОЛОГІЇ
МІКРОБНОГО СИНТЕЗУМІКРОБНОГО СИНТЕЗУ
ЛІКАРСЬКИХ ЗАСОБІВЛІКАРСЬКИХ ЗАСОБІВ
11
Лекцій – 38 годин, лабораторних робіт -38, диф. залік

2. .. Тема 2Тема 2.. Визначення активностіВизначення активності
антибіотиківантибіотиків
Одиниці біологічної активностіОдиниці біологічної активності
антибіотиків.антибіотиків.
Визначення антибіотичної активностіВизначення антибіотичної активності
мікроорганізмів.мікроорганізмів.
Визначення антивірусної діїВизначення антивірусної дії
антибіотиків.антибіотиків. ВизначенняВизначення
протипухлинної дії антибіотиків.протипухлинної дії антибіотиків.
Методи кількісного визначенняМетоди кількісного визначення
антибіотиківантибіотиків
22

3. ВИЗНАЧЕННЯ АКТИВНОСТІВИЗНАЧЕННЯ АКТИВНОСТІ
АНТИБІОТИКІВАНТИБІОТИКІВ
Одиниці біологічної активності антибіотиківОдиниці біологічної активності антибіотиків
ВеличинуВеличину біологічної активності антибіотиківбіологічної активності антибіотиків
(протибактеріальної, антифунгальної і т.ін.)(протибактеріальної, антифунгальної і т.ін.)
зазвичай виражають в умовних одиницях, щозазвичай виражають в умовних одиницях, що
містяться вмістяться в 1 мл розчину (од/мл) чи в 1мг1 мл розчину (од/мл) чи в 1мг
препарату (од/мг).препарату (од/мг). ЗаЗа одиницю антибіотичноїодиницю антибіотичної
активностіактивності приймаютьприймають мінімальну кількістьмінімальну кількість
антибіотика, здатну пригнічувати розвиток чиантибіотика, здатну пригнічувати розвиток чи
затримувати ріст певної кількості клітинзатримувати ріст певної кількості клітин
стандартного штаму тест-мікроба в одиницістандартного штаму тест-мікроба в одиниці
об’єму поживного середовища.об’єму поживного середовища.
33

4. За одиницюЗа одиницю антибіотичноїантибіотичної
активності бензилпеніцилінуактивності бензилпеніциліну прийнятоприйнято
мінімальну кількість препарату, здатнумінімальну кількість препарату, здатну
затримувати ріст золотистогозатримувати ріст золотистого
стафілококастафілокока Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus
(штам 209) в 50 мл(штам 209) в 50 мл поживного бульйону.поживного бульйону.
ДляДля стрептоміцинустрептоміцину одиницяодиниця
активності буде іншою: мінімальнаактивності буде іншою: мінімальна
кількість антибіотика, що затримує рісткількість антибіотика, що затримує ріст
E. coliE. coli в 1 мл поживного бульйону.в 1 мл поживного бульйону.
44

5. ..
55

6. ..
66

7. МІКРООРГАНІЗМИ, ЯКІ УТВОРЮЮТЬМІКРООРГАНІЗМИ, ЯКІ УТВОРЮЮТЬ
АНТИБІОТИКИ, ТА ПІДВИЩЕННЯАНТИБІОТИКИ, ТА ПІДВИЩЕННЯ
ЇХНЬОЇ ПРОДУКТИВНОСТІЇХНЬОЇ ПРОДУКТИВНОСТІ
77

8. Пошук продуцентів антибіотиківПошук продуцентів антибіотиків
Найбільш багатим на організми,Найбільш багатим на організми,
що утворюють антибіотики, єщо утворюють антибіотики, є ґрунтґрунт. З. З
нього найчастіше і виділяють продуцентинього найчастіше і виділяють продуценти
антибіотиків.антибіотиків.
Пошук продуцентів антибіотиків можеПошук продуцентів антибіотиків може
бути спрямовано на вирішеннябути спрямовано на вирішення
наступних завдань:наступних завдань:
88

9. 11. Виділення продуцентів вже відомих. Виділення продуцентів вже відомих
антибіотиків;антибіотиків;
2.2. Пошук нових антибіотиків, здатнихПошук нових антибіотиків, здатних
проявляти біологічну дію стосовнопроявляти біологічну дію стосовно
конкретних організмів;конкретних організмів;
3.3. Виявлення продуцентів антибіотиків, щоВиявлення продуцентів антибіотиків, що
пригнічують в клітині певні мішені.пригнічують в клітині певні мішені.
99

10. Для виділення мікроорганізмів-Для виділення мікроорганізмів-
продуцентів з природних середовищпродуцентів з природних середовищ
використовують:використовують:
11.. ІзоляціюІзоляцію чистої культури мікроорганізмівчистої культури мікроорганізмів
та дослідження її антагоністичногота дослідження її антагоністичного
впливу на необхідний тест-організм.впливу на необхідний тест-організм.
22.. ВисівВисів ґрунту на поживний агар,ґрунту на поживний агар,
попередньо засіяний тест-організмом.попередньо засіяний тест-організмом.
33.. ВикористанняВикористання поживних середовищ, щопоживних середовищ, що
містять антибіотики.містять антибіотики.
1010

11. Підвищення антибіотичноїПідвищення антибіотичної
продуктивності мікроорганізмівпродуктивності мікроорганізмів
Для вирішення цього завданняДля вирішення цього завдання
використовують три тісно пов’язанихвикористовують три тісно пов’язаних
методи:методи:
• природної мінливості;природної мінливості;
• індукованого мутагенезу і ступінчатогоіндукованого мутагенезу і ступінчатого
відбору найбільш активних формвідбору найбільш активних форм
продуцентів;продуцентів;
• генно-інженерні маніпуляції.генно-інженерні маніпуляції.
•
1111

12. Зберігання штамів-продуцентівЗберігання штамів-продуцентів
У разі тривалого зберіганняУ разі тривалого зберігання
мікроорганізми легко змінюються, примікроорганізми легко змінюються, при
цьому досить часто спостерігається повнацьому досить часто спостерігається повна
або часткова втрата антибіотичнихабо часткова втрата антибіотичних
властивостей.властивостей.
Для промислового отриманняДля промислового отримання
антибіотиків, а також для лабораторнихантибіотиків, а також для лабораторних
досліджень продуцентів важливе значеннядосліджень продуцентів важливе значення
мають методи підтримання життєздатностімають методи підтримання життєздатності
організмів, що дозволяють зберігати їхнюорганізмів, що дозволяють зберігати їхню
антибіотичну активність на постійному рівні.антибіотичну активність на постійному рівні.1212

13. Найбільш поширенимиНайбільш поширеними
методами зберігання продуцентівметодами зберігання продуцентів
антибіотиків (ферментів та іншихантибіотиків (ферментів та інших
біологічно активних речовин) є наступні:біологічно активних речовин) є наступні:
• зберігання культур при низькихзберігання культур при низьких
температурахтемпературах (від 4 до -5(від 4 до -5°°С).С).
• зберігання культур на агаризованихзберігання культур на агаризованих
середовищахсередовищах під шаром вазелінової олії. Впід шаром вазелінової олії. В
таких умовах мікроорганізми можутьтаких умовах мікроорганізми можуть
зберігатися до 5 років.зберігатися до 5 років.
1313

14. • зберігання спорзберігання спор у вигляді водниху вигляді водних
суспензій в запаяних ампулах;суспензій в запаяних ампулах;
• зберігання вегетативних клітин абозберігання вегетативних клітин або
спор мікроорганізмівспор мікроорганізмів в стерильномув стерильному
ґрунті, піску або на насінні деяких рослинґрунті, піску або на насінні деяких рослин
(просо). В стерильному ґрунті клітини(просо). В стерильному ґрунті клітини
стрептоміцетів зберігають життєздатністьстрептоміцетів зберігають життєздатність
протягом 30 років;протягом 30 років;
• ліофілізація клітинліофілізація клітин (висушування з(висушування з
замороженого стану).замороженого стану).
1414

15. • висушування під вакуумом з рідкоговисушування під вакуумом з рідкого
стану (L- висушування клітинстану (L- висушування клітин).).
• кріоконсервація.кріоконсервація. ЗберіганняЗберігання
мікроорганізмів в рефрижераторах змікроорганізмів в рефрижераторах з
азотом двох типів: газофазовим (-130,азотом двох типів: газофазовим (-130,
-170-170°°С) і рідким (-196С) і рідким (-196°°С).С).
Найбільш економічний і надійнийНайбільш економічний і надійний
метод – цеметод – це ззберігання на агаризованихберігання на агаризованих
середовищахсередовищах . Полягає в постійному. Полягає в постійному
пересіві культури на свіже поживнепересіві культури на свіже поживне
середовище.середовище.
1515

16. Система депонування штамів-Система депонування штамів-
продуцентівпродуцентів
Депонування активних штамів-Депонування активних штамів-
продуцентівпродуцентів антибіотиків, ферментів таантибіотиків, ферментів та
інших біологічно-активних речовинінших біологічно-активних речовин
здійснюється з метою проведенняздійснюється з метою проведення
патентної процедури, зважаючи на те,патентної процедури, зважаючи на те,
що активний штам-продуцент – цещо активний штам-продуцент – це
інтелектуальна власність і вона повиннаінтелектуальна власність і вона повинна
бути захищена.бути захищена.
1616

17. Порядок депонуванняПорядок депонування
затверджений наказом Держпатентузатверджений наказом Держпатенту
України та Національної академії наукУкраїни та Національної академії наук
України в 1995 році і викладений уУкраїни в 1995 році і викладений у
відповідній інструкції. Інструкціявідповідній інструкції. Інструкція
регламентує порядок прийняття нарегламентує порядок прийняття на
депонування, реєстрації, обліку,депонування, реєстрації, обліку,
зберігання штамів мікроорганізмів тазберігання штамів мікроорганізмів та
видачі їх зразків зацікавленим особамвидачі їх зразків зацікавленим особам
відповідно довідповідно до Закону України «ПроЗакону України «Про
охорону прав на винаходи і корисніохорону прав на винаходи і корисні
моделі».моделі».
1717

18. Вплив антибіотиків на штами-Вплив антибіотиків на штами-
продуцентипродуценти
Мікроорганізми-продуценти антибіотиківМікроорганізми-продуценти антибіотиків
виробили певні механізми власноговиробили певні механізми власного
захисту від цих біологічно активнихзахисту від цих біологічно активних
сполук, який у різних продуцентівсполук, який у різних продуцентів
здійснюється по-різному. В процесіздійснюється по-різному. В процесі
розвитку вони пристосувалися до діїрозвитку вони пристосувалися до дії
антибіотичних речовин в тихантибіотичних речовин в тих
концентраціях, в яких вони їх утворюють.концентраціях, в яких вони їх утворюють.
1818

19. Якщо концентрацію антибіотика вЯкщо концентрацію антибіотика в
середо-вищі штучно збільшити, тосередо-вищі штучно збільшити, то
мікроорганізм, що утворює даниймікроорганізм, що утворює даний
антибіотик, починає реагувати на це.антибіотик, починає реагувати на це.
Механізми дії антибіотика можуть бутиМеханізми дії антибіотика можуть бути
наступні:наступні:
• можуть припиняти ріст клітин;можуть припиняти ріст клітин;
• можуть стимулювати біосинтезможуть стимулювати біосинтез
• антибіотика вижившими клітинами;антибіотика вижившими клітинами;
• можуть забезпечувати мікропаразитизмможуть забезпечувати мікропаразитизм
вбитых антибіотиком клітин як джереловбитых антибіотиком клітин як джерело
живлення.живлення. 1919

20. ММікроорганізми, що виділені з природ-ікроорганізми, що виділені з природ-
них джерел і мають невисоку антибіотич-них джерел і мають невисоку антибіотич-
ну продуктивність, резистентні до власно-ну продуктивність, резистентні до власно-
го антибіотику на рівніго антибіотику на рівні мембран.мембран.
Високопродуктивні мутанти захищаютьсяВисокопродуктивні мутанти захищаються
від антибіотиків, що ними утворюються, ввід антибіотиків, що ними утворюються, в
результаті інактивації їхрезультаті інактивації їх ферментамиферментами чичи
утворення деякихутворення деяких метаболітівметаболітів, а також, а також
завдякизавдяки клітинним мембранамклітинним мембранам, що, що
перешкоджають надходженнюперешкоджають надходженню
антибіотика в клітину, іантибіотика в клітину, і генам стійкостігенам стійкості..
2020

21. КУЛЬТИВУВАННЯКУЛЬТИВУВАННЯ
МІКРООРГАНІЗМІВ ДЛЯМІКРООРГАНІЗМІВ ДЛЯ
ОДЕРЖАННЯ АНТИБІОТИКІВОДЕРЖАННЯ АНТИБІОТИКІВ
2121

22. Особливості біосинтезу антибіотиків уОсобливості біосинтезу антибіотиків у
мікроорганізмівмікроорганізмів
Особливість біосинтезу антибіотиківОсобливість біосинтезу антибіотиків
мікроорганізмами полягає в тому, щомікроорганізмами полягає в тому, що
цей процес відбувається за двохфазнимцей процес відбувається за двохфазним
принципом (рис. ) Ця закономірністьпринципом (рис. ) Ця закономірність
характерна для більшості стрептоміцетівхарактерна для більшості стрептоміцетів
і міцеліальних грибів. В 1-й фазі (фазаі міцеліальних грибів. В 1-й фазі (фаза
збалансованого росту,збалансованого росту, тропофаза)тропофаза)
відбувається процес накопиченнявідбувається процес накопичення
біомаси продуцента.біомаси продуцента.
2222

23. В 2-й фазі (В 2-й фазі (ідіофазіідіофазі, фазі, фазі
незбалансова-ного росту)незбалансова-ного росту)
спостерігається уповільненняспостерігається уповільнення
накопичення біомаси, навіть її зменшен-накопичення біомаси, навіть її зменшен-
ня. В період ідіофази відбуваєтьсяня. В період ідіофази відбувається
дерепресія ферментів, що приймаютьдерепресія ферментів, що приймають
участь у біосинтезі антибіотиків.участь у біосинтезі антибіотиків.
Починається антибіотикоутворення.Починається антибіотикоутворення.
2323

24. 2424
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216
Тривалість культивування, год
Інтенсивністьпроцесу,ум.од
утворення біомаси стрептоміцета біосинтез стрептоміцина
Рис. 1. Схема двофазного процесу культивування
Streptomyces griseus

25. Основні біосинтетичні шляхи утворенняОсновні біосинтетичні шляхи утворення
антибіотиківантибіотиків
Механізми біосинтезу антибіотиків можнаМеханізми біосинтезу антибіотиків можна
розділити на три основні категорії:розділити на три основні категорії:
1.1. Антибіотики, що походять від одногоАнтибіотики, що походять від одного
первинного метаболіту. Шлях їхпервинного метаболіту. Шлях їх
біосинтезу складається з послідовностібіосинтезу складається з послідовності
реакцій, які модифікують вихіднийреакцій, які модифікують вихідний
метаболіт, як це має місце за синтезуметаболіт, як це має місце за синтезу
амінокислот та нуклеотидів.амінокислот та нуклеотидів.
2525

26. 2.2. Антибіотики, що походять від двох чиАнтибіотики, що походять від двох чи
трьох різних первинних метаболітів, якітрьох різних первинних метаболітів, які
модифікуються та конденсуються змодифікуються та конденсуються з
утворенням складної молекули.утворенням складної молекули.
33. Антибіотики, що є продуктами. Антибіотики, що є продуктами
полімеризації декількох схожихполімеризації декількох схожих
метаболітів з утворенням основноїметаболітів з утворенням основної
структури, що згодом можеструктури, що згодом може
модифікуватися.модифікуватися.
2626

27. В результаті полімеризаціїВ результаті полімеризації
утворюються антибіотикиутворюються антибіотики чотирьохчотирьох
типів:типів:
1)1) поліпептидні антибіотикиполіпептидні антибіотики, які, які
утворюються шляхом конденсаціїутворюються шляхом конденсації
амінокислот;амінокислот;
2)2) антибіотики, утворені зантибіотики, утворені з
ацетат-ацетат-
пропіонатних одиницьпропіонатних одиниць в реакціяхв реакціях
полімеризації, схожих на реакціїполімеризації, схожих на реакції 2727

28. 3)3) терпеноїдні антибіотикитерпеноїдні антибіотики, що, що
утворюються з ацетатнихутворюються з ацетатних
субодиниць в шляху синтезусубодиниць в шляху синтезу
ізопреноїдних сполук;ізопреноїдних сполук;
4)4) аміноглікозидні антибіотикиаміноглікозидні антибіотики, що, що
утворюються в реакціяхутворюються в реакціях
конденсації, сходних з реакціямиконденсації, сходних з реакціями
біосинтезу полісахаридів.біосинтезу полісахаридів.
2828

29. Вплив умов середовища наВплив умов середовища на
антибіотичну продуктивністьантибіотичну продуктивність
Для кожного продуценту антибіотикаДля кожного продуценту антибіотика
розробляється оптимальне поживнерозробляється оптимальне поживне
середовище, яке повинне забезпечува-середовище, яке повинне забезпечува-
ти максимальне накопиченняти максимальне накопичення
продуцентом антибіотика.продуцентом антибіотика.
2929

30. Поживне середовище (ПС) повинноПоживне середовище (ПС) повинно
відповідати наступним вимогам:відповідати наступним вимогам:
• повноцінність;повноцінність;
• вміст доступних і дешевихвміст доступних і дешевих
компонентів;компонентів;
• забезпечувати можливістьзабезпечувати можливість
ефективної фільтрації ;ефективної фільтрації ;
• використання економічних методіввикористання економічних методів
виділення і очищення антибіотика.виділення і очищення антибіотика.
3030

31. Джерела азоту при культивуванніДжерела азоту при культивуванні
продуцентів антибіотиківпродуцентів антибіотиків
Продуценти антибіотика засвоюютьПродуценти антибіотика засвоюють
азот в окисленій (азот в окисленій (NONO22
--
, NO, NO33
--
) або у) або у
відновленій (відновленій (NHNH44
++
, -NH, -NH22) формах.) формах.
Найбільш важливі джерела азоту – соліНайбільш важливі джерела азоту – солі
азотної або азотистої кислот, а такожазотної або азотистої кислот, а також
амонійні солі органічних абоамонійні солі органічних або
неорганічних кислот, амінокислоти,неорганічних кислот, амінокислоти,
продукти гідролізу білків, білки.продукти гідролізу білків, білки.
3131

32. В натуральних середовищахВ натуральних середовищах
невизначеного складу (невизначеного складу (кукурудзянийкукурудзяний
екстракт, меляса, соєве борошноекстракт, меляса, соєве борошно) азот) азот
міститься у формі білків. Утилізаціяміститься у формі білків. Утилізація
такого азоту залежить від наявності утакого азоту залежить від наявності у
продуцента відповідного протеїназногопродуцента відповідного протеїназного
комплексу для перетворення білків докомплексу для перетворення білків до
амінокислот. У більшості продуцентівамінокислот. У більшості продуцентів
антибіотиків найефективніше засвоює-антибіотиків найефективніше засвоює-
ться азот амонійних солей таться азот амонійних солей та
амінокислот, в яких він знаходиться уамінокислот, в яких він знаходиться у
відновленій формі.відновленій формі.
3232

33. Джерела вуглецю С при культивуванніДжерела вуглецю С при культивуванні
продуцентів антибіотиківпродуцентів антибіотиків
Значення джерела вуглецю СЗначення джерела вуглецю С
для антибіотикоутворення полягаєдля антибіотикоутворення полягає
насамперед у впливі на використаннянасамперед у впливі на використання
джерела азотуджерела азоту NN. Для біосинтезу. Для біосинтезу
антибіотика можуть бути використані:антибіотика можуть бути використані:
глюкоза, галактоза, мальтоза,глюкоза, галактоза, мальтоза,
сахароза, лактоза, крохмаль, гліцерин,сахароза, лактоза, крохмаль, гліцерин,
етанол, янтарна, пировиноградна,етанол, янтарна, пировиноградна,
оцтова, молочна кислоти.оцтова, молочна кислоти.
3333

34. Важливе значення має такожВажливе значення має також
співвідношення вуглецю С та азотуспіввідношення вуглецю С та азоту NN вв
середовищі. Для росту багатьохсередовищі. Для росту багатьох
продуцентів зазвичай оптимальним єпродуцентів зазвичай оптимальним є
співвідношенняспіввідношення 20:120:1 (С:N).(С:N).
Але не завжди таке співвідношенняАле не завжди таке співвідношення
призводить до максимальногопризводить до максимального
накопичення антибіотика.накопичення антибіотика. ДляДля
кожного конкретного продуцента вонокожного конкретного продуцента воно
встановлюється окремовстановлюється окремо
експериментальним шляхом.експериментальним шляхом.
3434

35. • Джерела мінерального живленняДжерела мінерального живлення
Важливими є фосфор (Р), калій (К),Важливими є фосфор (Р), калій (К),
кальцій (Са), магній (кальцій (Са), магній (Mg)Mg), сірка, сірка (S)(S),,
залізозалізо (Fe)(Fe), цинк, цинк (Zn)(Zn), мідь, мідь (Cu)(Cu), молібден, молібден
(Mo)(Mo) та інші елементи. Вони входять дота інші елементи. Вони входять до
складу протоплазми клітини як складовіскладу протоплазми клітини як складові
деяких ферментів, виступають якдеяких ферментів, виступають як
компоненти для регулюваннякомпоненти для регулювання
осмотичного тиску.осмотичного тиску.
3535

36. Важливе значення для утворенняВажливе значення для утворення
антибіотиків, що містять хлорантибіотиків, що містять хлор (( ССl )l )
(хлортетрациклін, хлорамфенікол), має(хлортетрациклін, хлорамфенікол), має
наявність в середовищі цього галогену.наявність в середовищі цього галогену.
При цьому наявність іншихПри цьому наявність інших
галогенів (наприклад, брому) призводитьгалогенів (наприклад, брому) призводить
до інгібування процесу хлорування ідо інгібування процесу хлорування і
утворення антибіотика, що позбавленийутворення антибіотика, що позбавлений
хлору.хлору.
3636

37. Спеціальні умови культивування дляСпеціальні умови культивування для
отримання антибіотиківотримання антибіотиків
Інтенсифікувати утворенняІнтенсифікувати утворення
антибіотика окрім відомих підходівантибіотика окрім відомих підходів
((отримання мутантних штамів зотримання мутантних штамів з
підвищеною здатпідвищеною здат--ністю до синтезуністю до синтезу
антибіотика, підбір відповіднихантибіотика, підбір відповідних
середовищ для культивувансередовищ для культивуван--ня,ня,
покращення технологічних умовпокращення технологічних умов
розвитку продуцентарозвитку продуцента) можна шляхом) можна шляхом
сумісного культивування продуцентасумісного культивування продуцента
антибіотика з іншими спеціальноантибіотика з іншими спеціально
підібраними видами мікроорганізмів.
3737

38. Змішана культура термофільнихЗмішана культура термофільних
Lactococcus та LactobacillusLactococcus та Lactobacillus,, щощо
складають мікрофлору йогуртів (кислогоскладають мікрофлору йогуртів (кислого
молока), має більшу антибіотичнумолока), має більшу антибіотичну
активність, порівняно з активністю цихактивність, порівняно з активністю цих
мікроорганізмів поодинці.мікроорганізмів поодинці.
Вплив мікроорганізмів вВплив мікроорганізмів в
змішаних культурах один на одного можезмішаних культурах один на одного може
відбуватися по різному:відбуватися по різному:
3838

39. –– продукти обміну одного організмупродукти обміну одного організму
можуть бути використані іншим в якостіможуть бути використані іншим в якості
джерела азоту, вуглецю або іншогоджерела азоту, вуглецю або іншого
компонента чи в якості попередникакомпонента чи в якості попередника
біосинтезу якої-небудь сполуки;біосинтезу якої-небудь сполуки;
–– в змішаній культурі один з мікроорганіз-в змішаній культурі один з мікроорганіз-
мів може утворювати стимулятори ростумів може утворювати стимулятори росту
для іншого.для іншого.
3939

40. –– продукти життєдіяльності одного зпродукти життєдіяльності одного з
мік-роорганізмів, що не утворюємік-роорганізмів, що не утворює
антибіотик, дещо притримують розвитокантибіотик, дещо притримують розвиток
продуцента, який у відповідь починаєпродуцента, який у відповідь починає
активніше синтезувати антибіотики.активніше синтезувати антибіотики.
Необхідно враховувати, що неНеобхідно враховувати, що не
існує універсальних комбінацій дляіснує універсальних комбінацій для
сумісного культивування. В кожномусумісного культивування. В кожному
конкретному випадку необхідноконкретному випадку необхідно
підбирати відповідні організми і їхнєпідбирати відповідні організми і їхнє
оптимальне співвідношення.оптимальне співвідношення.
4040

41. В останні десятиріччя ХХ століттяВ останні десятиріччя ХХ століття
успішно розвинувся новий напрям ууспішно розвинувся новий напрям у
біосинтезі антибіотиків – це використан-біосинтезі антибіотиків – це використан-
ня імобілізованих клітин продуценту.ня імобілізованих клітин продуценту.
Виявилося, що живі клітини мікро-Виявилося, що живі клітини мікро-
організмів в імобілізованому стані здатніорганізмів в імобілізованому стані здатні
досить довго існувати і здійснюватидосить довго існувати і здійснювати
характерні для них біохімічні процеси.характерні для них біохімічні процеси.
Існування мікроорганізмів вІснування мікроорганізмів в
імобілі-зованому стані є більшімобілі-зованому стані є більш
екологічним, тоб-то в природних умовахекологічним, тоб-то в природних умовах
більшість мікро-організмів існують саме вбільшість мікро-організмів існують саме в
такому стані.такому стані. 4141

42. Спрямований біосинтез антибіотиківСпрямований біосинтез антибіотиків
Під спрямованим біосинтезомПід спрямованим біосинтезом
антибіо-тиків необхідно розумітиантибіо-тиків необхідно розуміти
втручання експериментатора ввтручання експериментатора в
метаболізм мікро-організму-продуцентуметаболізм мікро-організму-продуценту
для отримання одного (з декількох) абодля отримання одного (з декількох) або
нових порівняно з тими, що звичайнонових порівняно з тими, що звичайно
синтезуються.синтезуються.
4242

43. Для спрямованого утворенняДля спрямованого утворення
переважно одного антибіотика з тих, щопереважно одного антибіотика з тих, що
продукує обраний продуцент (або їхньоїпродукує обраний продуцент (або їхньої
модифікації) використовують наступнімодифікації) використовують наступні
методи втручання в метаболізмметоди втручання в метаболізм
мікроорганізмів:мікроорганізмів:
• зміна умов культивування і передусімзміна умов культивування і передусім
зміна складу поживного середовища.зміна складу поживного середовища.
• введення в середовище длявведення в середовище для
культивування специфічних інгібіторівкультивування специфічних інгібіторів
4343

44. • отримання мутантів вихідногоотримання мутантів вихідного
продуцента, що утворюютьпродуцента, що утворюють
модифіковані антибіотики.модифіковані антибіотики.
• оброблення отриманого антибіотикаоброблення отриманого антибіотика
певними ферментами абопевними ферментами або
мікроорганізмамимікроорганізмами..
4444

45. Отримання деяких антибіотиків шляхомОтримання деяких антибіотиків шляхом
спрямованого синтезу:спрямованого синтезу:
• введення до складу поживноговведення до складу поживного
середовища речовин, що вбудовуютьсясередовища речовин, що вбудовуються
в молекулу антибіотика, забезпечуючив молекулу антибіотика, забезпечуючи
отримання препаратів з новимиотримання препаратів з новими
властивостями (введення попередниківвластивостями (введення попередників
біосинтезу.)біосинтезу.) ПопередникиПопередники – це органічні– це органічні
речовини, які в процесі біосинтезу антибіотикаречовини, які в процесі біосинтезу антибіотика
включаються в його молекулу без попереднь-включаються в його молекулу без попереднь-
ого розщеплення на окремі фрагменти і їхого розщеплення на окремі фрагменти і їх
наступного ресинтезу.наступного ресинтезу.
4545

46. • зміна співвідношення концентраційзміна співвідношення концентрацій
джерел вуглецю та азоту (або ступенюджерел вуглецю та азоту (або ступеню
аерації культури);аерації культури);
• введення специфічного інгібітору -навведення специфічного інгібітору -на
середовищі з хлоридами S.aureofaciensсередовищі з хлоридами S.aureofaciens
продукує хлортетрациклін (90-95%) іпродукує хлортетрациклін (90-95%) і
тетрациклін (5-10%).тетрациклін (5-10%).
4646

47. ПРОМИСЛОВЕ ОТРИМАННЯПРОМИСЛОВЕ ОТРИМАННЯ
АНТИБІОТИКІВАНТИБІОТИКІВ
4747

48. 4848
Промислове виробництво
пеніциліну
• 1942 рік США –
глибинне культивування
• 1942 рік СРСР –
поверхневе
культивування
• 1945 рік СРСР –
глибинне культивування

49. 4949
Автор промислового виробництва
пеніциліну в СРСР
Ермольєва Зінаїда
Віссаріонівна
Пеніцилін-
крустозін
Penicillium
crustosum
Penicillium
crysogenum

50. Київський завод медичних
препаратів
(нині корпорація "Артеріум")• 1949 рік початок виробництва
бензилпеніциліна;
• 1950 рік початок виробництва стрептоміцину;
• 1955 рік налагоджено випуск кристалічних
калієвих і натрієвих солей бензилпеніциліну

51. • Продуцент зберігають у
вигляді спор на пшоні
• Періодична перевірка
продуктивності
Scientific classification
Kingdom: Fungi
Division: Ascomycota
Subdivision: Pezizomycotina
Class: Eurotiomycetes
Order: Eurotiales
Family: Trichocomaceae
Genus: Penicillium
Species: P. chrysogenum
Binomial name
Penicillium chrysogenum
Thom (1910)

52. Склад поживних середовищ, що можуть
бути використані для біосинтезу пеніциліну
Компоненти Середовище, вміст в %
кукурудзяне жомове жирове
Кукурудзяний екстракт 2,0 – 3,0 – 2,0 – 3,0
Жом (соняшниковий, соєвий) – 2,0 – 4,0 –
Лактоза 5,0 5,0 1,0
Глюкоза (сахароза) 1,5 1,5 1,5
Азотнокислий амоній 0,4 0,4 0,4
Сірчанокислий натрій 0,05 0,05 0,05
Фосфорнокислий калій,
однозаміщений
0,4 0,4 0,4
Сірчанокислий магній 0,025 0,025 0,025
Гіпосульфіт натрію 0,2 0,2 0,2
Крейда 0,5 – 1,0 0,5 – 1,0 0,5 – 1,0
Попередник 0,3 – 0,4 0,3 – 0,4 0,3 – 0,4
Піногасник 0,5 – 0,1 0,5 – 0,1 2,5 – 3,5

53. Умови біосинтезу пеніциліну
• Оптимальна температура росту 30ºС, в
другій фазі – 20ºС.
• Найбільш сприятливе значення рН для
росту міцелію 6,0-6,5. рН у другій фазі
повинно бути 7-8.
• Біосинтез пеніциліну супроводжується
інтенсивною аерацією.
• Максимум утворення пеніциліну
відбувається на 6-7добу.

54. Для отримання бензилпеніциліну в якості
попередника додають фенілоцтову кислоту або її
похідні – фенілацетамід, фенілетиламін,
фенілацетилгліцин та інші речовини.
Фенілоцтова кислота
Для отримання феноксиметилпеніциліну в
середовище для культивування додають
феноксиоцтову кислоту.
Феноксиоцтова кислота

55. Технологія виробництва бензилпеніциліну
(біосинтез)
Приготування посівного матеріалу
t = 26°C, τ -=12 – 48 год
Приготування та стерилізація
поживного середовища
Ферментація для отримання
Бензилпеніцину
рН = 6.0 – 6,5, τ = 6 – 7 діб
Компоненти
середовища
Penicillium
chrysogenum
Повітря
Попередник
Піногасник
Пара
Вода
Середовище

56. Технологія виробництва бензилпеніциліну
(попереднє оброблення культуральної рідини)
Фільтрування на фільтр-пресі
t = 4 - 6°С
Фільтрування на барабанному
вакуум-фільтрі
Коагуляція
t = 60 -75°С, рН = 5,5 – 6,0
Міцелій
Міцелій

57. Культуральна рідина містить 3-6% сухих
речовин, з них 15 -30% пеніцилін.
Виділення пеніциліну в промисловості
базується на екстрагуванні розчинниками,
що не змішуються з водою.
Недоліком цього методу є екстрагування
разом з пеніциліном інших органічних
кислот.
5757

58. Концентрування при
екстрагуванні базується на великій
розчинності бензилпеніциліну у
вигляді кислоти в органічних
розчинниках і малій розчинності у
воді.
Солі бензилпеніциліну навпаки
добре розчинні у воді. Це дозволяє
видаляти пеніцилін з нативного
розчину невеликим об'ємом
органічного розчинника і
концентрувати цільовий продукт.

59. Вимоги до розчинників, що використовують
для екстрагування бензилпеніциліну:
- Мала розчинність у воді;
- Відсутність взаємодії з пеніциліном;
- Можливість регенерації при температурі
не вище 120 – 140°С;
- Низька собівартість.
Найкращими розчинниками визнано
бутилацетат і амілацетат.

60. Технологія виробництва бензилпеніциліну
(екстрагування пеніциліну)
Бутилацетатна екстракція
пеніциліну з нативного розчину
підкислення нативного розчину
до рН = 1,9 – 2,2
Екстрагування пеніциліну
з бутилацетатного екстракту
розчином бікарбонату натрію
рН= 6,3 – 6,8
H2SO4
Бутилацетат
Бікарбонат
натрію

61. Технологія виробництва бензилпеніциліну
(екстрагування пеніциліну)
Освітлення бутилацетатного
екстракту вугіллям
Друге екстрагування пеніциліну
бутанолом з бікарбонатного
екстракту
рН = 2,0
Зневоднення бутилацетатного
екстракту
t = -16 – -18°С
Активоване
вугілля
H2SO4
Бутанол

62. Технологія виробництва бензилпеніциліну
(отримання кристалічних солей пеніциліну)
Стерилізуюча фільтрація
концентрату натрієвої
солі бензилпеніциліну
Отримання концентрату натрієвої
солі бензилпеніциліну
рН = 6,4 – 6,8
Упарювання під вакуумом
t = 16 - 26°С
0,56-0,6 н р-н NaОН
Безводний
бутанол

63. Технологія виробництва бензилпеніциліну
(отримання кристалічних солей пеніциліну)
Гранулювання пасти натрієвої
солі бензилпеніциліну
Фільтрування та промивка осаду
натрієвої солі бензилпеніциліну
Сушіння натрієвої
солі бензилпеніциліну
під вакуумом
t – 75 - 80°С
Безводний
бутанол

65. Дякую за увагу!Дякую за увагу!