C7900 Lehká biotechnologie

Prezentace na téma: "C7900 Lehká biotechnologie"— Transkript prezentace:

1 C7900 Lehká biotechnologie
06 – Terapeutika a farmaceuticky významné látky Petr Zbořil

2 Osnova prezentace Produkce antibiotik.
Penicilin, etapy vývoje produkčních podmínek. Biosyntetické dráhy, ovlivnění produkce. Polosyntetické peniciliny. Tetracykliny. Biosyntéza, produkce, izolace.

3 Antibiotika Definice Význam
Látky (přirozeného původu) působící v malých koncentracích na mikroorganizmy (ev. vyšší organizmy), především bakterie (Bakteri)cidní účinek (Bakterio)statický účinek Význam Lékařství humánní i veterinární Zemědělství a potravinářství

4 Antibiotika Dělení podle Účinku – inhibovaného organizmu Struktury
Úzké a široké spektrum Antibakteriální, -fungální, protozoální … Struktury Producenta Zejména plísně a aktinomycety, i další – rostliny (fytoncidy) Mechanizmu působení Syntéza stěny Membrány NK Proteosyntéza

5 Účinnost ATB ANTIBIOTIKA
Antibiotika jsou látky, které přirozeně produkují různé mikroorganismy na svoji ochranu – selektivně inhibují růst jiných mikroorganismů nebo na ně působí přímo toxicky. Selektivní působení je jedním ze základních faktorů použití antibiotik v humánní (příp. i veterinární) medicíně – toxický či inhibiční účinek se projevuje pouze vůči určitým mikroorganismům, ale ne vůči člověku. Dalším typickým znakem je působení ve velmi nízké koncentraci. Z tisíců různých antibiotik, které se v přírodě tvoří, se komerčně využívají jen některé. Hlavní antibiotika používaná v lékařské praxi jsou shrnuta v následující tabulce:

6 Struktury a producenti ATB

7 Mechanizmy působení ATB

8 Antibiotika Základní požadované vlastnosti
Účinné v nízkých koncentracích Specificita Šíře spektra Resistence Neškodné pro ošetřovaný organizmus (apod.) Přímý účinek – projev intoxikace Alergie Residua

9 Penicilin b-Laktamová struktura

10 Penicilin Historie Problémy Řešení
U nás za války – I. Málek a kol., utajení před Němci Problémy Nízká produkce, povrchový růst Řešení Nové kmeny Mutace

11 Penicilin Historie – etapy
I , malý zájem, obtížná produkce, nízké výtěžky (P. notatum), konkurence sulfonamidů II , potřeba účinných léčiv na bojištích, intenzivní výzkum a vývoj III , laboratorní výsledky převedeny do výroby, povrchová kultivace P. chrysogenum IV , vývin submerzní fermentace, zlepšení technologie izolace. Prekurzorování – objeveno při výzkumu stimulace produkce kukuřičným výluhem (vliv přítomného fenylacetátu, pak i jiné deriváty)

12 Penicilin Biosyntéza

13 Epimerace L-Val AaCysVal IPN – Penicilin G Další deriváty Fenoxymetyl – PV Heptyl – PK

14 Penicilin Produkce Naočkování spor do bohatého media – růst
7 dní při 24 oC Přeočkování do inokulačního fermentoru 1 – 2 dny, nárůst mycelia Přeočkování do produkčního fermentoru 6 – 7 dní Izolace

15 Penicilin Významné komponenty media Podmínky
Zdroj C – sacharidy (laktosa, glukosa) Zdroj N aj. – kukuřičný výluh Minerální soli, odpěňovadlo – olej Podmínky Intenzivní vzduchování a míchání Obtíže pro viskozní prostředí vláknitých struktur Limituje velikost fermentorů Prekurzory – přídavek zčásti hned, zbytek přítokem

16 Penicilin Produkční fáze Penicilin je vylučován do media
I. 0-2 dny, trofofáze. Růst mycelia, spotřeba sacharidu a N, pH roste z 5,5-6 k 7. Málo penicilinu II den, idiofáze. Růst ustává, rychlá produkce penicilinu, pokles sacharidu, pH ca 7 III (7). den. Produkce penicilinu klesá (později i rozklad), začíná autolýza mycelia, uvolnění NH3 Penicilin je vylučován do media Ca 1% zůstává v myceliu Ca 65% C využito pro zisk energie, 25% na růst a 10% na syntézu penicilinu

17 Penicilin Produkce penicilinu Jiné podmínky, doba kultivace

18 Penicilin – schema výroby

19 Penicilin Izolace Filtrace (bubnový filtr) Ochlazení – kolem 0 oC
Okyselení – pH 2 – kontinuálně Extrakce – protiproudem (organické rozpouštědlo) Neutralizace – alkalický vodný roztok Extrakce do vody Okyselení a extrakce do nepolární fáze Zahuštění, krystalizace (jako draselná sůl), ev. další čištění

20 Penicilin

21 Penicilin

22 Penicilin Polosyntetické peniciliny
Deriváty kys. 6-aminopenicilanové, jiné než přírodní Uvolnění 6-APK z přírodního penicilinu enzymaticky 6-APK též vedlejším produktem fermentace, kolísavé zastoupení Penicilinamidasa je jedním z faktorů rezistence, E. coli, imobilizovaná Acylace směsnými anhydridy nebo chloridy kyselin Charakteristika Menší účinnost (nutné vyšší dávky), vyšší cena – celkem až 20x dražší terapi Odolné vůči b-laktamase, též inhibují Rozšiřují výběr, širší spektrum účinnosti

23 Penicilin Polosyntetické peniciliny

24 Tetracykliny Deriváty

25 Tetracykliny Biosyntéza polyketidovou cestou Analogie s FAS

26 Antibiotika KS AT TH KR ACP ketosyntasa acyltransferasa thiohydrolasa
ketoreduktasa ACP

27 Antibiotika

28 Tetracykliny Schema PKS typ I

29 Antibiotika

30 Tetracykliny Vznik metylmalonylCoA

31 Tetracykliny Fermentační produkce Obdobná jako u penicilinu Producenti
Streptomyces aureofaciens - ClTC, S. rimosus – oxyTC Zdroje C Sacharidy – glukosa, sacharosa, škrob Jantaran, tuky Zdroje N Amonné soli, kukuřičný výluh (0,2%), arašídová moučka (2%) Minerální komponenty Fosfáty a sírany Ca a Mg soli – srážení TC sníží toxicitu pro mikroorganizmus

32 Tetracykliny Izolace Podobné penicilinu Extrakce do butylacetátu
ve formě Ca(ev. Mg)-komplexů, pH 8 Reextrakce do vody zředěná kys. sírová

33 Děkuji za pozornost