Биотех. Лекция (Слайд 1) Основы технологии производства антибиотиков, пробиотиков, ферментов и витаминов
 Скачать 254.5 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ (Слайд 1) Основы технологии производства антибиотиков, пробиотиков, ферментов и витаминов. Содержание (Слайд 2)
2. Технология производства пробиотиков (лактобактерина, бифидумбактерина, пробиотиков на основе бактерий рода Bacillus). 3. Технология приготовления ферментных препаратов (культивирование продуцентов, выделение, концентрирование и консервирование ферментов, применение ферментных препаратов в ветеринарии). 4. Технология производства витаминов - кормового концентрата витамина В2 (рибофлавин), витамина В12 (цианкобаламин), витамина Д2(эргокальциферол Литература (Слайд 3)
(Слайд 4) Антибиотики - химикотерапевтические препара-ты природного происхождения или их синтетические аналоги обладаю-щие способностью избирательно убивать или подавлять рост и развитие микроорганизмов. Они являются наиболее эффективными препаратами для лечения заболева-ний, вызываемых бактериями. В настоящее время описано более 6000 антибиотиков. Однако только 2-3 % известных антибиотиков применяется на практике. Остальные из-за их токсичности, инактивации в организме и других причин не используются, большую часть выпускаемых антибиотиков составляют пенициллины, цефалоспорины, тетрациклины, эритрин, стрептомицин. (Слайд 5) Необходимость поисков новых антибиотиков обусловлена многими причинами. Среди них можно назвать следующие:
(Слайд 6)
6. Антибиотики нашли широкое применение в научных исследованиях в качестве веществ, используемых при изучении отдельных сторон метаболизма организмов, расшифровки тонких молекулярных механизмов биосинтеза белка, механизма функционирования мембран и других биохимических превращений как специфические ингибиторы определенных реакций. Например, одни антибиотики специфически ингибируют отдельные этапы синтеза белка на рибосомах (хлорамфеникол, пуромицин, тетрациклин), другие - синтез на разных уровнях нуклеиновых кислот (саркомицин подавляет активность полимераз; актиномицин блеомицин, рубомицин и другие нарушают функцию ДНК; и т.д.), третьи – образование клеточных стенок (пенициллины) и т.д. 7. Изучение путей образования антибиотиков способствует глубокому проникновению в механизмы синтетической деятельности продуцентов этих биологически активных соединений, раскрытию основных этапов их метаболизма. Таким образом, все эти факторы способствовали и продолжают способствовать тому, что к проблеме антибиотиков привлечено внимание огромных групп ученых различных направлений: микробиологов, микологов, биохимиков, химиков, генетиков, ихтиологов, фармацевтов, врачей, технологов и т.д. В настоящее время пока нет надежных других лекарственных препаратов, которыми можно заменить антибиотики. Поэтому их продолжают выпускать и применять во врачебной практике. Наряду с выпуском известных антибиотиков ведутся поиски новых, более эффективных препаратов, в том числе и способствующих приживлению тканей при пересадке в другой организм. (Слайд 7) По различным показателям известные антибиотики классифицируются следующим образом: По спектру действия антибиотики подразделяются на: - антибактериальные, губительно действующие на грамположительные (бензилпенициллин, ристомицин, новобиоцин), грамотрицательные (поли-миксин) бактерии, а также антибиотики широкого спектра действия (левомицетин, канамицин, мономицин, гентамицин); -противогрибковые (нистатин, леворин, гризеофульвин); -противоопухолевые, включающие в себя шесть групп:
а также такие интерфероны, как стоталон и эленин. (Слайд 8) По химической структуре антибиотики подразделяются на: -ациклические (нистатин, кандицин); -гетероциклические (гризеофульвин); -макроциклические (макролидазы, эритромицины); -ароматические (гигромицин); -аминогликозидные; -полипептазы (грамицидин, полимиксин); -пенициллины; -актиномицины; -стрептомицины. (Слайд 9) По молекулярному механизму действия антибиотики делятся на: -антибиотики, действующие на синтез бактерийной клеточной оболочки (пенициллины, ристомицин); -антибиотики, нарушающие синтез белков (тетрациклины, макролиды, левомицетин); -антибиотики, нарушающие синтез белков и порядок генетического кода (аминогликозиды); - антибиотики, нарушающие синтез нуклеиновых кислот (противоопухолевые); -антибиотики, нарушающие целостность цитоплазматической мембраны (противогрибковые). (Слайд 10) Рассмотрим механизм действия антибиотиков на бактерии. ПАБК – поверхностно активные белковые компоненты (в цитоплазме) (Рассказать по рисунку). (Слайд 11) Рассказать по рисунку. (Слайд 12) Рассказать по рисунку. E.Coli со временем начала вырабатывать фермент пеницилиназа и в связи с этим приобрела устойчивость к пенициллину. И поэтому при колибактериозе пенициллин в настоящий момент не используют. (Слайд 13) По причине необходимости постоянно заменять одни виды антибиотиков на другие требуется осуществлять поиск наиболее активных микроорганизмов-продуцентов антибиотиков. Основные этапы поисков антибиотиков: -выделение микробов-антагонистов из почвы; -определение антагонистического спектра и активности антибиотиков; -подбор условий культивирования продуцентов антибиотиков; -выделение и химическая очистка антибиотиков; -изучение физико-химических и фармакологических свойств антибиотиков; -испытание химико-терапевтической эффективности; -идентификация антибиотиков. (Слайд 14) Биосинтез антибиотиков Биосинтез антибиотиков - наследственная особенность организмов, проявляющаяся в том. Что каждый вид (штамм) способен образовывать один или несколько вполне определенных, строго специфичных для него антибиотических веществ. Вместе с тем известно, что одинаковые антибиотики могут образовываться несколькими видами организмов. По мнению ряда авторов, образование антибиотиков – это не закрепленное свойство организма, проявляющееся только при развитии организма в специфической среде и при наличии особых внешних условий. Поэтому антибиотики не имеют для продуцентов приспособительного значения, их образование не связано с эволюцией микроорганизмов. (Слайд 15) Эта точка зрения основывается на двух положениях: 1. Не все микроорганизмы образуют антибиотические вещества, что, однако, не мешает их широкому распространению в природе. 2. Антибиотические вещества, даже самые устойчивые, довольно быстро инактивируются в почве, а своем естественном местообитании большинства микроорганизмов. Только при максимальном насыщении почвы антибиотиками можно получить соответствующий биологический эффект. (Слайд 16) Выделение микроорганизмов — продуцентов антибиотиков Основными продуцентами антибиотиков являются актиномицеты, плесневые грибы, бактерии. Главным местом их обитания является почва. Для выделения микроорганизмов, образующих антибиотики, берут пробы почвы, высушивают ее до воздушно-сухого состояния и делают высевы на специальные питательные среды. Для выделения актиномицетов, являющихся основными продуцентами антибиотиков, используют синтетические питательные среды, в которые в качестве источника углерода добавляют крахмал или глицерин. В качестве источника азота в среды добавляют нитратные соли. На этих средах рост бактерий подавляется, а грибы развиваются в малом количестве. Чтобы они росли лучше, нужно подкислить среду до рН 4-4,5. Можно также использовать среду Чапека, агаризированную почвенную вытяжку. (Слайд 17) Для культивирования антибиотиков непрерывная ферментация экономически более выгодна и перспективна, чем периодическая. В связи с этим при культивировании проводят непрерывную ферментацию. (Показать на слайд: так выглядит цех глубинного культивирования продуцентов антибиотиков в биореакторах марки БИОР.) По окончании ферментации антибиотикипроверяют на остаточную влажность, растворимость, (Слайд 18) активность по отношению к тест-микробам. (Слайд 19) Способность убивать или тормозить рост и развитие микроорганизмов называют биологической активностью препарата. В связи с этим различают цидное и статическое действие веществ. Например, антибиотики обладают фунгицидным, бактерицидным действием или фунгистатическим и бактериостатическим действием. Для количественного определения активности антибиотика введено понятие единицы действия (ЕД). ЕД - это активность определённого весового количества антибиотика принятого за эталон. Методов определения активности антибиотиков много. Но главными из них являются микробиологические. Определение активности антибиотика проводят методом его серийных разведений в жидких или плотных средах, а также методом диффузии антибиотика в агаре. Кроме микробиологического метода контроля применяют химические и физико-химические методы: колориметрический, хроматографический, спектрофотометрический. (Слайд 20) При определении активности выделенного антибиотика обычно в качестве эталона используют химически чистый препарат с заранее известной величиной активности. При этом используют три ингредиента: антибиотик, тест-микроб, питательная среда. Так, ЕД пенициллина -это минимальная доза, подавляющая рост определенного штамма золотистого стафилококка в 50 мл питательного бульона. Если чистый кристаллический пенициллин задерживает рост золотистого стафилококка в разведении 1 : 83,000.000, то в 1 г антибиотика содержится 1666000 ЕД (83000000 : 50= 1666000) или 1666 ЕД в 1 мг. (Слайд 21) Основные стадии получения антибиотиков Основные стадии получения антибиотиков рассмотрим на примере промышленного производства гентамицина сульфата. Гентамицина сульфат - антибиотик, относящийся к группе аминогликозидов. Гентамицина сульфат представляет собой смесь гентамицинов сульфатов, которые образуются культурой Micromonospora purpurea. Гентамицин подавляет развитие грамположительных и грамотрицательных бактерий, в том числе Proteus, Pseudomonas, не оказывает действия на грибы. Применяют генамицин сульфат при различных инфекционных заболевания, вызванных чувствительными к нему микроорганизмами (при пневмонии, плеврите, перитоните раневой инфекции и др.). Препарат особенно эффективен при инфекциях мочевыводящих путей. В связи с широким спектром действия гентамицин назначают часто при смешанной инфекции, а так же когда возбудитель не установлен (в том числе, при общей экстренной профилактике). Гентамицина сульфат представляет собой пористую массу или порошок белого цвета. Гигроскопичен, легко растворим в воде, практически не растворим в 95 % спирте, хлороформе, эфире. Современное промышленное получение гентамицина сульфата - это сложная многоступенчатая система, состоящая из ряда последовательных технологических стадий: Стадии промышленного получения гентамицина сульфата 1. Приготовление посевного материала на агаризированной среде. 2. Выращивание вегетативного посевного материала в колбах. 3. Выращивание посевного мицелия в биореакторах. 4. Биосинтез гентамицина. 5. Предварительная обработка и ультрафильтрация культуральной жидкости гентамицина. 6. Сорбция гентамицина на катионите КБ- 2 в аммонийной форме и десорбция. 7. Получение осветленного концентрата гентамицина и перевод его в сульфат форму. 8. Распылительная сушка водных растворов гентамицина сульфата. 9. Фасовка, упаковка и маркировка препарата гентамицина сульфата. (Слайд 22) ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПРОБИОТИКОВ Пробиотики - это биопрепараты, которые содержат живые, антагонистически активные в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов «полезные» бактерии (лактобациллы, бифидобактерии и др.), применяемые для профилактики и лечения инфекционных (в основном, желудочно-кишечных) болезней человека и животных. Они широко используются в ветеринарии для стимуляции роста и развития молодняка животных, профилактики желудочно-кишечных заболеваний, восстановления кишечного биоценоза при стрессах, антибиотикотерапии, послеотъемном периоде. Пробиотики являются экологически чистыми препаратами, не оказывают побочного эффекта при длительном и регулярном их применении и могут заменить антибиотики в общей схеме неспецифической профилактики желудочно-кишечных заболеваний. Эффективность применения различных пробиотиков широко варьируют и зависит от многих факторов, в том числе и от видового состава. Большинство известных в мировой практике пробиотиков содержит несколько видов бактерий-симбионтов, сочетание биологических свойств которых позволяет повысить эффективность препаратов. К числу наиболее известных бактерий-симбионтов относятся молочно-кислые бактерии, бифидобактерии, стрептококки. Лечебно-профилактические препараты из живых коли-, лакто-, бифидобактерий уже почти 80 лет применяются в практическом здравоохранении. (Слайд 23) Чтобы быть включенными в группу пробиотиков микроорганизмы должны соответствовать следующим критериям: 1) выживать при пассировании через желудочный тракт, что предполагает их резистентность к кислоте и желчи; 2) адгезироваться на эпителиальных клетках кишечника с последующей колонизацией; 3) стабилизировать кишечную микрофлору; 4) не иметь признаков патогенности; 5) сохранять жизнеспособность как в пищевых продуктах, так и в процессе получения фармакопейных лиофилизированных препаратов; 6) быстро размножаться, колонизируя кишечный тракт, и 7) Существовать в организме с проявлением родовых свойств пробиотиков. Указанным критериям в наибольшей степени соответствует непатогенная группа содружественных микроорганизмов, включающая таких постоянных обитателей кишечной экосистемы, как лакто- , бифидобактерии, E.coli и т.д.. (Слайд 24) Возможные механизмы действия пробиотиков. 1. Подавление живых патогенных и условно-патогенных микроорганизмов а) достигается это тем, что бактерии вырабатывают антибактериальные вещества - бактериоцины; б) конкуренция за источники питания; в) конкуренция за рецепторы адгезии. (образуют защитную биопленку) 2. Влияние на микробный антагонизм а) уменьшение ферментативной активности; (у клеток паразитов) б) увеличение ферментативной активности. (увеличению своих ферментов) 3. Стимуляция иммунитета а) увеличение уровня антител; б) увеличение активности макрофагов. (Слайд 25) Пробиотики на основе лакто- и бифидобактерий.. Наиболее известными микроорганизмами, которые используют в качестве основы пробиотиков, являются лактобациллы. В нашей стране широкое применение в клинической практике получил лактобактерин на основе L.plantarum или L.fermentum. Также для производства пробиотических препаратов используют: L.сasei, L.amylovoms, L.acidophilus, и т.д. Другой группой микроорганизмов, на основе которых производятся многие пробиотики, являются бифидобактерии. Наиболее часто в состав таких препаратов входят В. adolescentis, B. аnimalis, B. bifidum, B. infantis, B. longum, B. Thermophilum. В нашей стране получили достаточно широкое распространение препараты на основе бифидобактерий,: бифидумбактерин сухой, бифидумбактерин форте (бифидобактерии, сорбированные на активированный уголь), бифилиз (бифидобактерий с добавлением лизоцима), бифилин (B.adolescentis), и.т.д. (Слайд 26) В последние годы в состав пробиотических препаратов все чаще включают аэробные спорообразующие бактерии, относящиеся к роду Бациллюс, большинство представителей которых обладает активными антагонистическими, протеоли-тическими свойствами и способностью к выработке широкого спектра антибио-тикоподобных субстанций. В продажу выпускается огромное количество лекарственных средств, биологически активных добавок и продуктов функционального питания, которые содержат спорообразующие бактерии пробиотического действия. На сегодняшний день в мире создано более полусотни препаратов, которые полностью или частично составлены на основе спороформирующих бактерий (Бактисубтил, Флонивин БС, Bio-vita, Miyarisan, БиоПлюс 2Б (С, Б), и т.д.) Российскими учеными на основе представителей рода Bacillus и других спорообразующих микробов заявлены на сегодняшний день около 25 наименований препаратов и часть из них производится для нужд медицины и ветеринарии (Бактиспорин, Биоспорин, Биод 5, Ветом 1.1, Ветом 2, Ветом 3,и .т.д.). |