Вопрос №2: Промышленное получение антибиотиков методом прямой ферментации. Особенности культивирования. Требования к питательным средам и аэрации.
Использование вирусов и бактериофагов в биотехнологии.
В биотехнологии вирусы и бактериофаги высупают как одни из главных обьектов. В настоящее время существует такой способ лечения заболеваний, как генная терапия. Для этого в клетки больного надо доставить определенные гены, которые исправляют генетические нарушения. При этом возникает вопрос – как преодолеть иммунологический барьер клетки. Было решено использовать для этого вирусы. Ведь именно они могут проникать в клетку и внедрять в нее чужеродный генетический материал. Такие полезные вирусы называются векторами, т. е. переносчиками.Бактериофаги широко применяют в биотехнологии в качестве векторов для получения рекомбинантных ДНК. Бактериофаги используют в лабораторной диагностике инфекций при внутривидовой идентификации бактерий, т. е. определении фаговара (фаготипа). Для этого применяют метод фаготипирования,основанный на строгой специфичности действия фагов: на чашку с плотной питательной средой, засеянной «газоном» чистой культурой возбудителя, наносят капли различных диагностических типоспецифических фагов. Фаговар бактерии определяется тем типом фага, который вызвал ее лизис (образование стерильного пятна, «бляшки», или «негативной колонии», фага). Методику фаготипирования используют для выявления источника и путей распространения инфекции (эпидемиологическое маркирование). Выделение бактерий одного фаговара от разных больных указывает на общий источник их заражения. Фаги применяют также для лечения и профилактики ряда бактериальных инфекций. Производят брюшнотифозный, сальмонеллезный, дизентерийный, синегнойный, стафилококковый, стрептококковый фаги и комбинированные препараты (колипротейный, пиобактериофаги и др.). Бактериофаги назначают по показаниям перорально, парентерально или местно в виде жидких, таблетированных форм, свечей или аэрозолей.
Вопрос №2: Промышленное получение антибиотиков методом прямой ферментации. Особенности культивирования. Требования к питательным средам и аэрации.
В промышленности антибиотики получают методом прямой ферментации.Прямая ферментация микроорганизма-продуцента с веществом, являющимся метаболическим предшественником получаемого антибиотика и стимулирующим процесс его биосинтеза. Например, биосинтез бензилпенициллина ведут в присутствии фенилуксусной кислоты, макролидов – в присутствии пропионовой кислоты ипропилового спирта.
Процесс ферментации, заключается в том, что на заранее подготовленных посевных питательных средах получают несколько поколений микроорганизмов — продуцентов антибиотика, а затем полученную культуру используют для посева на жидкой питательной среде в специальных аппаратах-ферментерах. Для этого процесса должны быть созданы определенные оптимальные условия, так как чем успешнее и продуктивнее будет протекать ферментация, тем большим будет выход и лучше качество полученного продукта. В настоящее время производство антибиотиков полностью перешло от так называемого метода поверхностной ферментации, когда культуру выращивали на поверхности жидкой питательной среды (так впервые получали пенициллин), к прямому методу, при котором мицелий растет во всей обширной массе ферментационной среды. Это удается выполнить с помощью интенсивного и постоянного перемешивания среды и продувания через нее стерильного воздуха (так называемая аэрация среды).
Принципиальная основа производства антибиотиков примерно аналогична для всех препаратов, а поэтому и технология их изготовления почти одинакова.Вначале посевной материал выращивают в колбах, которые заранее заполняют стерильной питательной средой. На эту среду наносят полученную с посевной станции культуру, а сами колбы для лучшего перемешивания помещают на качалки (аппараты для встряхивания).
Для первого пересева используются так называемые инокуляторы — аппараты из нержавеющей стали (емкостью от 100 до 500 л), снабженные мешалкой, рубашкой (для обогрева или охлаждения) и барботером для равномерного распределения воздуха. Перед засевом инокулятора его тщательно стерилизуют, проверяют на герметичность и загружают стерильной питательной средой. Засев инокулятора производится материалом, полученным в лаборатории в посевных колбах. Выращивание культуры происходит при температуре 27—28°, повышенном давлении с постоянным перемешиванием среды и интенсивной аэрации.
Дальнейшие процессы осуществляются сначала в специальных посевных аппаратах, а затем — в ферментерах. Последние представляют собой огромные емкости объемом от 10 000 до 100 000 л, которые устанавливают в производственных зданиях, имеющих высоту до 15 м. Они служат для проведения самой существенной операции в этом производстве — ферментации продуцента и получения антибиотика.
Большинство изученных продуцентов антибиотиков являются аэробами. Для биосинтеза многих антибиотиков (пенициллин, стрептомицин и др.) максимальное их накопление происходит при степени аэрации, равной единице, при которой через определенный объем среды за 1 мин продувается такой же объем воздуха. В процессе развития продуцента антибиотика в промышленных условиях потребность организма в кислороде меняется в зависимости от стадии развития, вязкости культуральной жидкости и других факторов. На определенных стадиях могут возникнуть ситуации, связанные с кислородным голоданием продуцента. В этих условиях следует принимать дополнительные меры, например, повышение концентрации окислителя добавлением пероксида водорода.
Натуральные (комплексные) среды, состоящие из природных соединений и имеющие неопределенный химический состав (части зеленых растений, животные ткани, солод, дрожжи, фрукты, овощи, навоз, почва и т. д.), содержат все компоненты, необходимые для роста и развития микроорганизмов большинства видов. Используются следующие среды:
- мясопептонная среда, в состав которой одновременно с мясным экстрактом и пептоном входят хлорид натрия, фосфат калия, иногда глюкоза или сахароза; используется обычно в лабораторной практике.
- картофельные среды с глюкозой и пептоном, часто используемые в лаборатории для культивирования многих видов актиномицетов и бактерий;
- среды с кукурузным экстрактом, соевой мукой, бардой и другими веществами, в состав которых входят сульфат аммония, карбонат кальция, фосфаты, глюкоза, сахароза, лактоза или иные углеводы и ряд других соединений; среды успешно применяются в промышленности, т. к. являются дешевыми и обеспечивают хорошее развитие микроорганизмов с высоким выходом антибиотиков.