Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
1. Antybiotyki półsyntetyczne.
Antybiotyk - substancja pochodzenia biologicznego (gł. od grzybów i bakterii), która w małych ilościach hamuje wzrost innych drobnoustrojów.
Półsyntetyczne antybiotyki – produktem wyjściowym jest naturalny antybiotyk poddany modyfikacji
Przykłady:
I Penicylina- związek beta-laktamowy
Cechą wspólną penicylin jest obecność w ich cząsteczce kwasu 6-aminopenicylanowego (kwas 6- AP)
Kwas ten może być doskonałym materiałem wyjściowym do syntezy nowych półsyntetycznych penicylin .
W wyniku reakcji kwasu 6-AP z chlorkami lub bezwodnikami kwasów otrzymujemy półsyntetyczne antybiotyki.
Kwas 6-AP otrzymuje się na drodze chemicznej lub enzymatycznej hydrolizy penicyliny G
II Cefalosporyna: bezpośrednia biosynteza kwasu 7-AC oraz kwasu 7-ADC (7- aminodeacetoksycefalosporanowy) przez zrekombinowany szczep Penicillum chrysogenum z genami szlaku biosyntezy cefalosporyn
2.Technologia Produkcji antybiotyków
Aby rozpocząć produkcje antybiotyków należy uwzględnić:
1) skład pożywki
2) ogólne warunki fermentacji
3) właściwości fizyczne i chemiczne antybiotyków
Na poszczególne etapy składają się:
1) Wstępna hodowla wyselekcjonowanych drobnoustrojów w odpowiednich pożywkach w skali laboratoryjnej i półtechnicznej
2) Biosynteza w reaktorach przemysłowych
3) Oddzielnie biomasy
4) Oczyszczanie za pomocą procesów fizyko-chemicznych, oraz nadanie bioproduktowi wymaganej postaci farmaceutycznej
Antybiotyki:
ich produkcja następuje w fazie stacjonarnej, gdy wzrost został zahamowany. Nie są one niezbędne do przeżycia drobnoustrojów. Są metabolitami drugorzedwoywmi. Za ich synteze odpowiada wiele genów ( około 20)
3. Etapy syntezy penicyliny w fermentatorzePrzemysłowy szczep Penicilium chryzogenum hoduje się w obecności kwasu fenylooctowegoco prowadzi do wytworzenia penicyliny G; bakterie zawarte w zbiornikach fermentacyjnych z napowietrzaniem, hodowla wgłębna
§ Np. w Bist-Brocadens NV w Delft 14 fermentatorów o poj. 100 tys. litrów każdy, fermentacja 200h, 14 h ekstrakcja
Po zakończeniu fermentacji hodowle przepuszcza się przez rotacyjny filtr, w celu oddzielenia grzybni od zawierającego penicylinę G płynu hodowlanego, następnie płyn pohodowlany tłoczy się do ekstraktora (ekstrakcja rozp. org. np. chloroformem).
Po dodaniu jonów K+otrzymuje się w rezultacie sól potasową penicyliny G o czystości 99,5%.
Enzymatyczna hydroliza penicyliny G – preparat soli potasowej penicyliny G dodaje się do hodowli bakterii wytwarzającej enzym acylazę. Enzym ten odszczepia grupę benzylowąod cząsteczki antybiotykuco powoduje powstawanie kwasu fenylooctowego (6-AP)
Kwas 6-AP + chlorki lub bezwodniki kwasowe penicylina
Zdolność do syntezy acylazy penicylinowej degradującej penicyliny do kwasu 6-AP z odszczepieniem reszty kwasowej w pozycji N6 fenyloacetynowej w penicylinie G i fenoksyacetylowej w penicylinie V wykorzystują liczne drobnoustroje:
dla hydrolizy penicyliny G – acylazy z E.coli, Bacillus megaterium
dla hydrolizy penicyliny V – acylazy z grzybów Bovista plumbea
W procesie hydrolizy mogą być stosowane całe komórki, najczęściej jednak stosuje się enzymy po ich utrwaleniu na różnych nośnikach, co pozwala na wielokrotne wykorzystanie ich lub prowadzenie transformacji metodą ciągłą.
4.Ogólny skład pożywki do biosyntezy antybiotyków.
-zródło C : glukoza,sacharoza,laktoza,skrobia
-zródło N: kazeina, hydrolizat kazeiny, namok kukurydziany, pepton, mąka sojowa,buliony mięsne itp.
-zródło mikro- i makroelementów :sole mineralne np ( NH4)2SO4 , KH2PO4
-aktywatory : witaminy, aminokwasy
-prekursory antybiotyków np. kwas fenylooctowy ( do syntezy penicyliny)
-rozpuszczalniki
-aseptyki
-bufory (stabilizacja pH)
5. Zródła otrzymywania kwasu aminopenicylanowego(6-AP)
Kwas 6-AP stanowi podstawową część antybiotyków B-laktamowych ( np. penicyliny);
różnice miedzy poszczególnymi penicylinami wynikają z różnych łańcuchów bocznych kwasu 6-AP
(6-AP + kw fenylooctowy = penicylina G ); 6-AP wykorzystywany jest do produkcji półsyntetycznych penicylin
( 6-AP + chlorki = półsyntetyczne penicyliny). Otrzymywany jest na drodzeŁ
- syntezy chemicznej z penicyliny G ( Penicilium chrysogenum):
Penicylina G + ( CH3)2SiCl2 + PCl5 (40 C) + butanol(40 C) + woda ® kwas 6-AP
- syntezy enzymatycznej z penicyliny G lub V:
Penicylina G ® deacylacja soli potasowej ( acylaza penicylanowa z E.coli) ® kwas 6-AP
®specyficzne odłączanie gr benzylowej( hydrolaza estrów aminokwasowych z Xanthomonas citri )
® kwas 6-AP
6.Drobnoustroje stosowane do otrzymywania nizyny.
Nizyna jest antybiotykiem peptydowym, synetyzowana jest przez BFM z gr serologicznej N
np. Lactococcuc lactis ssp lactis. Szczepy oporne na fagi syntetyzują mało nizyny więc selekcja szczepów jest trudna
ze względu na ich wrażliwość na fagi.
Syntezę nizyny prowadzi się w hodowlach wielostopniowych:
- pozywka : mleko pełne, odtłuszczone, zregenerowane
- ( mleko zwieksza ryzyko zakazen, często stososwane inne media tj ekstrakt kukurydziany, hydrolizat kazeiny,
- KH2PO4, MgSO4)
- aminokwasy, witaminy, glukoza
- 16- 18 h
- pH =6,0 –6,8
- T =28-30 oC
Otrzymywanie nizyny:
- Zakwaszenie do pH =2
- Wirowanie
- Chloroform, izooktanol
- Alkohol absolutny (wytrącenie nizyny)
- Osad rozpuszczany w 50oC w HCl
- Wysalanie w NaCl
- Proszek nizyny przechowywany w T= 18-21 oC
7. Właściwości i zastosowanie nizyny.
Nizyna jest antybiotykiem peptydowym, synetyzowana jest przez BFM z gr serologicznej N
np. Lactococcuc lactis ssp lactis.
- Stabilna w pH niskim
- Stabilna w 121oC przez 15-20 min
- Wąskie spektrum działania
- Hamuje rozwój : Staphylococcus, Micrococcus, Clostridium,Bacillus, Lactococcus,Lactobacillus
- Nia hamuje rozwoju : Bakterii G (-), drożdży, pleśni
- Niszczy ścianę komórkową komórek wegetatywnych
- Nie działa na przetrwalniki, ale uniemozliwia przekształcenie w formy wegetatywne
- U organizmów wyzszych trawiona przez trypsynę
- Nietoksyczna , bezpieczna dla zdrowia, produkowana w skali przemysłowej
Zastosowanie w przemyśle spożywczym:
- Konserwy owocowo- warzywne- dodatek nizyny działa antybakteryjnie na termostabilne
- Bacillus stearothermopfilus, Clostridium thermosecchadyticum i umożliwia obnizenie temp obróbki ,
- Produkcja sera- dodatek nizyny działa antybakteryjnie na Clostridium botulinum ,
- Clostridium butyricum (przetrzymują 85-105 oC) i zapobiega „wzdymaniu sera”
- Produkty mięsne, sery topione, mleko do produkcji sera – dodatek nizyny zapobiega rozwojowi bakterii masłowych ,
- do samego mleka nizyny się nie dodaje, a w do produkcji serów topionych stosuje się wiecej nizyny
- ( bo zawierają wiecej wody)
- Napoje i desery mleczne- dodatek nizyny zapobiega kwaśnieniu
8. SEMISYNTETYCZNE AMINOKWASY
Proces produkcji polega na syntezie chemicznej lub biologicznej prekursorów witamin. Póżniej następuje przekształcenie prekursora we właściwą witaminę na drodze biotechnologicznej lub biochemicznej.
Jeżeli pierwszy etap w tej technologii prowadzony był biologicznie to drugi etap stanowi transformację chemiczną , i odwrotnie. Przykładem jest synteza witaminy B2.
Innym przykładem jest prekursor witaminy D-RYBOZA jest wytwarzana biotechnologicznie, a następnie modyfikowana do ryboflawiny drogą chemiczną.
D-ryboza otrzymywana jest za pomocą mutantów bakterii przetrwalnikujących- Bacillus subtilis, B punilis.
9. ZNACZENIE ß- JONONU W BIOSYNTEZIE WITAMIN
Ogólnie jonony są to składniki aromatotwórcze powstałe po enzymatycznej hydrolizie karotenoidów.
Beta- jonon jest częścią łańcucha poliizoprenoidowego karotenoidów.
Beta- jonon jest toksyczny dla organizmów ale jego dodatek do podłoża w obecności olejów roślinnych stymuluje biosyntezę karotenoidów.
Beta jonon jest wykorzystywany w biosyntezie witaminy A, ponieważ z grupy karotenoidów prekursorami Wit. A mogą być tylko te zawierające pierścień beta- jonowy. Dlatego też głównym prekursorem wymienionej witaminy jest beta-karoten z którego otrzymujemy 2 cząsteczki Wit. A .
Za syntezę beta- karotenu odpowiadają drożdże Rhotodula gracilis, grzyby Blakeslea trispora czy glony Chlorophyceae czy Euglenophyceae. Hodowla w temp. 26-280c przez 48 h , na pożywkach ze skrobią, mąką sojową olejem bawełnianym. Po 48 h dodaje się BETA-JONONU, który intensyfikuje syntezę beta- karotenu, a w końcowym etapie glukozę. Całość trwa 185 godzin. Następnie jest suszenie i ekstrahowanie prowitaminy.
Dodatek beta- jononu wynosi 1,8 g/dm3.
Najważniejsze prowitaminy A:
Beta-karoten-na końcach łańcucha poliizoprenoidowego posiada cząsteczką beta- jononu.
Alfa-karoten- posiada 1 cząsteczkę beta-jonou i 1 cząsteczkę alfa jononu
Gama- karoten- posada 1 cząsteczkę beta-jononu i jedna cząsteczkę pseudojononu.
Kryptoksantyna- różni się od beta-karotenu tym ,że w jednej cząsteczce beta- jononu znajduje się grupa hydroksylowa.
Pyt. 10 Drobnoustroje stosowane do biosyntezy witaminy D
Witamina D – jedyna o budowie sterydowej, działanie przeciwkrzywiczne i wzrostowe, stosowane do wzbogacania mleka i margaryn, bo oleje roślinne nie zawierają wit.D.
Produkuje się metodą chemiczna lub przy użyciu mikroorganizmów otrzymując prowitaminę- ergosterol, który pod wpływem UV ulega przekształceniu do Wit.D2.
Stosujemy:1) drożdże: S. cerevisiae, S. uvarum, S. cerlsbergensis, Candida tropicalis, C. petrophilum. S. cervisiae zdolny do biosyntezy ergosterolu w ilości 3,9% s.s, S. carlsbergensis 2,4% s.s, Rhodotorula gracilis 2,7% s.s. 2) inne: Aspergillus, Penicillium chrysogenum, Fusarium – biosynteza ergosterolu od 0,1-0,8% s.m.
Jako źródło węgla drożdże wykorzystują węglowodany zawarte w melasie, namoku kukurydzianym, inne węglowodany oraz etanol też moga byc wykorzystywane.
Na biosyntezę ergosterolu wpływa: napowietrzenie hodowli, po 4dniowej hodowli w T= 28°C , na pożywce zawierającej melasę i namok kukurydziany, biomasa wyselekcjonowanego szczepu S. cerevisiae 7-10% ergosterolu w s.s.- szczep ten jest bardzo dobrym producentem.
Pyt.11Drobnoustroje stosowane w przemysłowej biosyntezie witaminy B2 (ryboflawina)
Witamina B2- produkowana przy użyciu różnych drobnoustrojów: bakterie, drożdże, grzyby strzępkowe i algi (podczas wzrostu syntetyzują znaczące ilości tej witaminy). Stosowana w medycynie(niedobór – łojotok, szorstkość skóry, zahamowanie wzrostu), dodatek do żywności, dodatek do pasz. Drobnoustroje syntetyzujące znaczące ilości Wit. B2 [ mg/dm3]:
Clostridium acetobutylicum 97
E. coli 505
Candida flareri 567
Eremothecium ashbyii 2480
Ashbya gossipii 6420
Dużą rolę odgrywają 1) S. cerevisiae, które zawierają 39-80μg/ g suchej substancji ( proces produkcji: rozdrabniamy je, poddajemy autolizie w T= 45-50°C, pH= 6-6,5, ekstrakcję witaminy prowadzimy alkoholem, wyciąg alkoholowy zagęszcza się do 60% s.s). Dużo lepszą wydajność biosyntezy Wit.B2 z S.cerevisiae osiągnięto stosując pożywkę z octanem wapnia (lepsze źródło węgla niż melasa, bo nie zawiera zanieczyszczeń). 2) Candida flareri- możemy otrzymać 21 g witB2/ dm3 pożywki, gdy drożdże te były mutagenizowane , zdolne do nadprodukcji Wit.B2. 3) najczęściej stosowane- Eremothecium ashbyii i Ashbya gossipii : jako surowce wykorzystują: wywar gorzelniczy, melase, syriop kukurydziany, suszone drożdże, mleko odtłuszczone, mąka sojowa, mąka rybna, brzeczka itd. Obecność oleju kukurydzianego, kokosowego, sojowego, słonecznikowego wzmaga biosyntezę. Do pożywki dodaje się również tiaminę, biotynę, inozytol, mikroelementy. Pożywka z dodatkiem glicyny wzmaga 2krotnie biosyntezę Wit.B2 (większa wydajność). Eremothecium ashbyii ( kwasowość pożywki pH= 6-8)dla Ashbya gossipii pH= 5,5-7; optimum temp= 25-30°C.
Pyt.12 Drobnoustroje stosowane w przemysłowej biosyntezie witaminy B12 (cyjanokobalamina
Stosowana w medycynie (leczenie anemii złośliwej), dodatek do pasz dla drobiu, świń, cieląt.
Drobnoustroje zdolne do biosyntezy: Aerobacter, Azotobakter, Bacillus, Clostridium, Propionibacterium, Pseudomonas. Dużo witaminy B12 do 6 mg/ dm3 syntetyzują drobnoustroje z gatunku: Nocardia rugosa, N. gardneri, Streptomyces griceus, S. olivaceus. Najbardziej ekonomiczne jest użycie bakterii z rodzaju Propionibacterium shermani, P. freudenreichii- zdolne do syntezy witaminy w ilości ponad 20 mg/dm3. Używa się również bakterii z rodzaju Pseudomonas. Dzięki selekcji i mutagenizacji , produkcyjność szczepu P. denitrificans wzrosla z 5 do 120-140 mg Wit.B12/dm3!!
W procesie biosyntezy witaminy B12 wazny jest dodatek do pożywki soli kobaltowych niezbędnych dla syntezy witaminy. Stężenie kobaltu w pożywce więcej niż 50 ppm, hamuje biosyntezę witaminy. Dodatek betainy, choliny stymuluje biosyntezę np. podczas hodowli P. denitrificans ich dodatek w ilości 5mg/ml powodował 10-20 krotny wzrost ilości Wit. B12.
W wyniku fuzji komórek wyselekcjonowanego szczepu Rhodopseudomonas ze szczepem Protominobacter uzyksnao hybrydę zdolną do syntezy 135 mg/dm3 wit B12 w ciągu 2-7dniowej beztlenowej hodowli na pożywce z glukozą.
Pyt.13 Ilość syntetyzowanej ryboflawiny w zależności od drobnoustrojów
!!patrz pytanie11 + dodatkowo:
Drobnoustrój ...