Биотехнология антибиотиков

Министерство  образования РФ

Волгоградский Государственный Технический Университет 
 

Кафедра промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности 
 
 
 
 
 

Реферат на тему:

Биотехнология антибиотиков 
 
 
 
 

                                                                                                                   Выполнила:

 студентка  гр. ХТ-441

  Щепетнова  М.Н.

                                                                    Проверила:

 проф. Владимцева И.В.

                                          
 
 
 
 

Волгоград 2011г.

Содержание

Введение………………………………………………………………………….….3

1. Технология  получения антибиотиков…………………………………………...4

1.1 Общие сведения о производстве антибиотиков…………………………….....4

1.2 Стерилизация питательных сред……………………………………………….5

1.3 Подготовка посевного материала……………………………………………....7

1.4 Методы культивирования продуцентов антибиотиков……………………….8

1.5 Ферментеры……………………………………………………………………...9

1.6 Развитие продуцента антибиотика в ферментерах……………………………11

1.7 Предварительная обработка культуральной жидкости, выделение и          химическая очистка антибиотиков……………………………………………..13

1.8 Сушка, контроль и расфасовка препарата……………………………………..15

2. Применение  антибиотиков……………………………………………………….16

Заключение…………………………………………………………………………...18

Список использованных источников……………………………………………….19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Введение

          Антибиотики - самый большой класс фармацевтических препаратов, которые синтезируются микроорганизмами. Некоторые из антибиотиков используют в сельском хозяйстве против различных сельскохозяйственных вредителей, другие - в медицинских целях.

          В настоящее время микроорганизмы продуцируют десятки видов соединений - аминокислот, антибиотиков, белков, витаминов, липидов, Микробиологический синтез различных веществ играет ключевую роль в биотехнологическом производстве. Начало современной промышленной микробиологии было положено в 40-х годах, когда наладили производство пенпциллинов методами ферментациинуклеиновых кислот, полисахаридов, пигментов, сахаров, ферментов и т. д.

   После установления высоких лечебных свойств  первого антибиотика — пенициллина сразу же возникла задача организации производства его в больших количествах. На первом этапе промышленное получение этого препарата носило примитивный, экономически нерентабельный характер. Выращивание продуцента антибиотика осуществлялось на средах, находящихся в небольших сосудах при поверхностном культивировании гриба. Процесс развития гриба продолжался 8—10 суток. Такой способ культивирования гриба при большой затрате труда давал низкий выход антибиотика, и себестоимость препарата была очень высокой. Безусловно, такое получение антибиотика не могло удовлетворить запросы медицины. В результате был предложен метод глубинного выращивания гриба в ферментерах или танках — при продувании воздуха и перемешивании культуральной жидкости. [1]

   Из  данного примера можно сделать  вывод, что биотехнология антибиотиков весьма сложное, но в тоже время необходимое производство. Технологию получения антибиотиков нужно совершенствовать, а совершенствование невозможно без изучения основных стадий получения антибиотиков, а также анализа всех процессов, происходящих на них.  

     1. Технология получения антибиотиков

   1.1 Общие сведения о производстве антибиотиков

   Успехи  антибиотической отрасли промышленности и качество выпускаемой продукции определяются уровнем основных стадий технологического процесса. Промышленное получение антибиотиков — это сложная многоступенчатая биотехнологическая система, состоящая из ряда последовательных стадий.

   1) Стадия биосинтеза 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.

   2) Стадия предварительной обработки культуральной жидкости, клеток (мицелия) микроорганизма и фильтрации. 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).

   3) 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 следующие: 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 концентрация антибиотического вещества увеличивается до 20—30%. Все это требует применения различных емкостей и различных объемов используемых реагентов.

   4) 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 высокую чистоту помещений, оборудования, проводить систематическую дезинфекцию их. В случае выпуска антибиотиков, предназначенных для инъекций, препараты должны быть стерильными: получение таких антибиотических препаратов, приготовление различных лекарственных форм, дозировка и упаковка должны осуществляться в асептических условиях.

   В современных условиях производства антибиотиков необходимо принимать меры к максимальному снижению себестоимости препаратов. Для этого необходимо:

   1) внедрение в производство наиболее высокопродуктивных штаммов микроорганизмов — продуцентов антибиотиков;

   2) создание и обеспечение самых благоприятных условий развития продуцента антибиотика на относительно дешевых средах;

   3) широкое использование математических методов планирования процесса развития организма и электронно-вычислительной техники с целью оптимизации и моделирования условий его культивирования, обеспечивающих максимальный выход антибиотика;

   4) применение современного оборудования на всех стадиях технологического процесса с автоматизированными контролирующими устройствами основных параметров развития организма и стадий биосинтеза антибиотика. [3] 

   1.2 Стерилизация питательных сред

   Для каждого продуцента антибиотика  разрабатывается оптимальная питательная среда. В зависимости от природы используемого микроорганизма в качестве источника углерода возможно применение различных субстратов. Например, для получения пенициллина лучшим источником углерода и энергии является глюкоза и лактоза; грамицидина – глицерин и соли янтарной кислоты; стрептомицина и неомицина – глюкоза. [2] Среда должна соответствовать определенным требованиям:

   1) обеспечивать максимальное образование антибиотика;

   2) состоять из относительно дешевых компонентов;

   3) иметь хорошую фильтрующую способность;

   4) обеспечивать применение наиболее экономичных приемов выделения и очистки антибиотиков.

   Стерилизация  питательных  сред  в промышленных  условиях осуществляется двумя основными методами: периодическим и непрерывным.

   Периодический метод стерилизации применяется при использовании небольших объемов среды и состоит в том, что среда нагревается до определенной температуры (120—130°С) непосредственно в ферментерах или в специальных котлах-стерилизаторах, выдерживается при этой температуре в течение 30—60 мин (в зависимости от объема среды и ее состава), после чего охлаждается до 27—30°С.

   За  время, затрачиваемое на нагрев среды до температуры, необходимой для стерилизации, и ее охлаждение, происходит разрушение значительного числа микроорганизмов. Хорошо известно, что для нагревания до температуры стерилизации больших объемов среды и затем ее охлаждения требуется больше времени, чем для маленьких объемов, а поэтому время, затрачиваемое на поддержание наиболее высокой стерилизующей температуры в больших объемах, может быть меньшим, чем для небольших объемов с тем же эффектом стерилизации.

   Наилучший эффект стерилизации и сохранения термолабильных веществ среды получается в том случае, если стерилизация проводится при более высокой температуре и за более короткое время.

   Непрерывный метод стерилизации целесообразно применять при использовании больших объемов среды. Приготовленная среда из специального сосуда с помощью насоса подается в стерилизационную колонку, через которую пропускается острый пар. Пар подается сверху по внутренней трубе, имеющей щелевидные прорези, благодаря чему пар поступает в среду и происходит быстрый ее нагрев. Среда в колонку подается снизу и движется по спирали вокруг внутренней трубы.

   Среда, нагретая в колонке до температуры  около 130°, поступает в специальный аппарат, где она выдерживается определенное время при температуре 125—130°С. Время выдержки зависит от состава среды и составляет 5—10 минут. Из выдерживателя стерильная  среда поступает в змеевиковый холодильник, охлаждается до 30—35°С (на выходе) и поступает в ферментер.

   Непрерывный метод стерилизации имеет ряд  преимуществ по сравнению с периодическим:

   1) при непрерывном методе стерилизации  каждый элементарный объем среды  находится при высокой температуре  короткое время;

   2) благодаря более высоким температурам  стерилизации и короткой экспозиции  деструкция компонентов питательной  среды минимальна;

   3) процесс стерилизации всего объема  питательной среды растянут во  времени, этим обеспечивается  более равномерная разгрузка  котельной;

   4) процесс легко контролируем и  управляем.

   При применении в качестве отдельных  компонентов субстрата термолабильных веществ их, как правило, следует стерилизовать отдельно в условиях более мягкого режима. [4] 

   1.3 Подготовка посевного материала

   Подготовка  посевного материала — одна из ответственнейших операций в цикле  биотехнологического метода получения  антибиотиков. От количества и качества посевного материала зависит как развитие культуры в ферментере, так и биосинтез антибиотика. Продуцент антибиотика обычно выращивается на богатых по составу натуральных средах, способных обеспечить наивысшую физиологическую активность микроорганизмов. Подготовка посевного материала — процесс многоступенчатый. Микроорганизм предварительно выращивают на агаризированной среде в пробирке, затем из пробирки делают высев в колбы с жидкой питательной средой и проводят две генерации при глубинном выращивании на качалках в течение 2—3 суток для каждой генерации. Из второй генерации культуры в колбе делают посев в небольшой инокулятор, после чего хорошо развившуюся культуру переносят в более крупный инокулятор, откуда и производят посев в основном ферментере. Для посева в основной ферментер используют от 5 до 10 объемных процентов посевного материала (инокулята). Однако в случае получения пенициллина споровый материал гриба, приготовленный на отрубях, рисовых зернах или пшене, засевают сразу в инокулятор. [3]