7.2. Производство антибиотиков

Технологический процесс производства антибиотиков представлен на рис. 20.

Биосинтез антибиотика осуществляется микроорганизмами на опре­делённом этапе их развития. Эта закономерность характерна для бакте­рий, мицелиальных грибов (Penicillium chrysogenum, Aspergillus fumi-gatus и др.) и для большинства актиномИцетов, образующих такие анти­биотики, как стрептомицин, хлортетрациклин, окситетрациклин и дру­гие. Максимально высокую активность штамма-продуцента способна обеспечить технология рекомбинантных ДНК, так как можно создавать новые антибиотики с уникальной структурой, оказывающие более мощное воздействие на определенные микроорганизмы и обладающие минимальными побочными эффектами. Генно-инженерные подходы используются для увеличения выхода антибиотиков и соответственно снижения стоимости их производства.

Примеры промышленных продуцентов основных антибиотиков, ис­пользуемые в РФ, представлены в табл. 3.

При проведении первой стадии технологического процесса (рис. 20) применяют натуральные среды неопределенного состава, к числу кото­рых относят продукты крахмалопаточного производства, агар, желатин, отруби, зерно. Композиция натуральных сред неопределенного состава не является постоянной. Например, агар, получаемый из разных видов морских водорослей, по химическому составу - сложный эфирный комплекс полисахарида с серной кислотой и разнообразными микроэле­ментами. Агар содержит также жирные кислоты, биотин, тиамин или его

компоненты. В картофельной среде с глюкозой и пептоном, при одной и той же партии пептона и химически чистой глюкозы, состав карто­фельного экстракта зависит от сорта картофеля, места его произраста­ния, времени уборки, срока и режима хранения и других причин. По­этому для получения сопоставимых результатов, особенно при изуче­нии физиологических и биохимических особенностей микроорганизма, применяют синтетические среды, в состав которых входят определен­ные химически чистые соединения, взятые в точно указанных концен­трациях.

Задача второй стадии — создать оптимальные условия для развития продуцента и максимально возможного биосинтеза необходимого анти­биотика. Особенность производства антибиотиков - двухфазный ха­рактер развития продуцентов. В первой фазе развития культуры, но­сящей название тропофазы (фазы сбалансированного роста микроорга­низма), идет интенсивное накопление биомассы продуцента. Продуцент синтезирует белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, ферменты, и дру­гие БАВ, необходимые для роста микроорганизма; наблюдается бы­строе потребление основных компонентов субстрата, интенсивное по­глощение кислорода. В культуральной среде может снижаться рН, как результат накопления органических кислот. В тропофазе антибиотик, как правило, не образуется или его количество незначительное. Воз­можно, в этой фазе синтез ферментов, принимающих участие в образо­вании антибиотика, подавлен. Во второй фазе - идиофазе (фазе несба­лансированного роста микроорганизма) - накопление биомассы замед­лено. Культуральная среда уже обеднена компонентами, необходимыми для развития продуцента и обогащена продуктами его жизнедеятельно­сти. В культуре преобладают протеолитические процессы, приводящие к её подщелачиванию. Продукты метаболизма микроорганизма частич­но используются на построение клеток мицелия, частично - на синтез антибиотика. Максимум биосинтеза антибиотика в культуральной среде наступает, как правило, после максимального накопления биомассы, этот максимум неодинаков у разных микроорганизмов и при разных условиях культивирования.

Практика промышленной микробиологии показывает, что процесс получения того или иного продукта жизнедеятельности активнее идет в смешанных культурах, при совместном развитии нескольких видов (чаще двух) микроорганизмов. Совместным культивированием специ­ально подобранных микроорганизмов создают условия, при которых значительно увеличивается образование антибиотиков, как результат активации ряда биохимических процессов. В смешанных культурах ферментативная реакция служит ответом на проявление определенных антагонистических взаимоотношений. При совместном культивирова­нии различных микробов могут возникать своеобразные гибриды этих организмов, обладающие иными свойствами по сравнению с исходны­ми чистыми культурами.

С накоплением определенной концентрации антибиотика рост мик­роорганизмов прекращается (например, Streptomyces griseus прекращает свой рост при концентрации в среде стрептомицина сульфата 0,5%). Из культуральной среды антибиотики выделяют экстракцией органиче­скими растворителями, осаждением, адсорбцией.

Очистку антибиотиков проводят повторной заменой растворителя, адсорбционно-хроматографическими методами, ВЭЖХ. От степени чистоты препарата, влажности, температуры, рН растворителя зависит стабильность антибиотика.

Затем оценивают антимикробный спектр, стерильность, токсич­ность, пирогенность, действие на лейкоциты крови и другие показатели.

На всех стадиях получения антибиотика строго соблюдается техно­логическая дисциплина, все процессы осуществляются в асептических условиях.