Метод Несслера

РЕФЕРАТ

В даній  роботі розглядається процес виробництва антибіотика цефалоспоринового ряду III покоління Цефотаксиму, продуцентом якого є Acremonium chrysogenum.

Курсова робота викладена на 66 сторінках друкованого тексту, в тому числі 4 таблиці, 3 рисунка, 4 креслення формату А3, 8 додатків.

Основними положеннями, що викладені в даній  роботі, є вибір та характеристика біологічного агента – продуцента антибіотику; характеристика поживних середовищ для вирощування вибраного біологічного агента, характеристика кінцевої продукції виробництва.

 Обґрунтувано та викладено технологічний процес біосинтезу антибіотика, який включає блок допоміжних робіт та стадії вирощування культури.

Ключові слова: Acremonium chrysogenum, цефотаксим, цефалоспорини, біосинтез.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                        Вступ

Взагалі, антибіотики – це речовини біологічного походження, а також їх похідні синтетичні або напівсинтетичні аналоги, які вибірково пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів. Продуцентами антибіотиків є плісневі гриби, актиноміцети, бактерії. Найактивнішими продуцентами антибіотиків є  актиноміцети. З них виділено стрептоміцин, циклосерин, тетрациклін, хлороміцетин, лінкоміцин, ністатин, леворин тощо. З плісневих грибів виділено пеніцилін, цефалоспорини. Група антибіотиків бактеріального походження має менше практичне значення. До них належать: граміцидин, коліформін, поліміксини [4].

З відкриттям антибіотиків, що володіють виборчою дією на мікроби in vivo (в організмі), могло здатися, що наступила епоха остаточної перемоги людини над інфекційними хворобами. Але вже незабаром було виявлено явище резистентності (стійкості) окремих штамів хвороботворних мікробів до згубної дії антибіотиків. По мірі збільшення строків і масштабів практичного застосування антибіотиків наростало і число стійких штамів мікроорганізмів. Якщо в 40-х роках клініцистам доводилося стикатися з одиничними випадками інфекцій, викликаних стійкими формами мікробів, то в даний час кількість, наприклад, стафілококів, стійких до пеніциліну, стрептоміцину, хлорамфеніколу (левоміцетину), перевищує 60-70%. Стійкість мікроорганізмів до дії антибіотиків викликана кількома причинами. В основному вони зводяться до наступних. По-перше, в будь - якій сукупності мікроорганізмів, співіснуючих на якійсь певній ділянці субстрату, зустрічаються природно стійкі до антибіотиків варіанти (приблизно одна особина на мільйон). При впливі антибіотика на популяцію основна маса клітин гине (якщо антибіотик має бактерицидну дію) або припиняє розвиток (якщо антибіотик володіє бактеріостатичною дією). У той же самий час стійкі до антибіотика поодинокі клітини продовжують безперешкодно розмножуватися. Стійкість до антибіотика цими клітинами передається у спадок, даючи початок новій стійкій до антибіотика популяції. В даному випадку відбувається селекція (відбір) стійких варіантів за допомогою антибіотика. Подруге, у чутливих до антибіотика мікроорганізмів може йти процес адаптації (пристосування) до шкідливого впливу антибіотичної речовини. У цьому випадку може спостерігатися, з одного боку, заміна одних ланок обміну речовин мікроорганізму, природний хід яких порушується антибіотиком, іншими ланками, не схильними дії препарату. При цьому мікроорганізм також не буде пригнічуватися антибіотиком. З іншого - мікроорганізми можуть почати посилено виробляти речовини, що руйнують молекулу антибіотика, тим самим нейтралізуючи його дію. Наприклад, ряд штамів стафілококів і спороносних бактерій утворює фермент пеніциліназу, що руйнує пеніцилін з утворенням продуктів, що не володіють антибіотичну активність. Це явище називається ензиматичною інактивацією антибіотиків . Цікаво відзначити, що пеніциліназа в даний час знайшла практичне застосування в якості антидоту - препарату, який знімає шкідливу дію пеніциліну, коли він викликає важкі алергічні реакції, що загрожують життю хворого [21].

Цефалоспорини є бета-лактамними антибіотиками, що використовуються при позалікарняних, госпітальних пневмоніях, а також пневмоніях при імунодефіцитах. Вони надають бактерицидну дію, перевершуючи пеніциліни з антибактеріальної активності і показниками фармакокінетики.

Актуальність: На сьогодні Цефотаксим є одним з кращих при лікуванні різних інфекцій в стаціонарі; в більшості випадків йому надається перевага в схемах початкової емпіричної терапії інфекцій різної локалізації. При цьому цей лікарський засіб включений до Національного формуляру України та на основі даних Довідника лікарських засобів Формулярного комітету РФ має найвищий рівень доведеної ефективності. Власне, виробництво Цефотаксиму в Україні не задовольняє потреб ринку, тому нарощування потужностей з випуску Цефотаксиму є актуальним.

Новизна: В даній роботі як піногасник використовується рослинна олія, але зараз використовуються як піногасник синтетичні олії. Тому доцільно використовувати синтетичні олії, які є не дороговартісними.

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

РОЗДІЛ 1. Значення антибіотиків у  життєдіяльності людини

Багато  антибіотиків - це незамінні лікувальні препарати. Вони широко використовуються при лікуванні інфекційних хвороб,які раніше,до відкриття антибіотиків,вважались не виліковними та призводили до  смерті.    Антибіотики - дуже корисні в сільському господарстві:як лікувальні препрати для тварин,птахів,бджіл та рослин,а деякі антибіотики - і як стимулятори росту тварин. При широкому використанні антибіотиків в якості ліків,з’являються резистентні  до цих препаратів мікроорганізми. Проблема резистентності вимагає від вчених створення нових і нових антибіотиків. Для боротьби з резистентними мікроорганізмами потрібно заміняти одні антибіотики іншими. Деякі  антибіотики використовують у консервній промисловості в якості консервантів продуктів,які швидко псуються (свіжої риби, м’яса,  сира, різних овочів).       

Антибіотики - нові, раніше невідомі за своєю хімічною будовою з’єднання. Детальне вивчення антибіотиків призвело до бурхливого розвитку одного з напрямків у  хімії та самої науки про антибіотики. Антибіотики широко використовуються в різних наукових дослідженнях. Вивчення шляхів одержання антибіотиків сприяє глибокому проникненню у механізми синтетичної діяльності продуцентів цих біологічно активних з’єднань, відкриттю основних етапів їх метаболізму. Таким чином, всі ці фактори сприяли та продовжують сприяти тому,що до проблеми антибіотиків звернено увагу величезних груп вчених різних напрямків: мікробіологів, мікологів, біохіміків, хіміків, генетиків, цитологів, фармацевтів, лікарів, технологів та інших [4].

Характерними  ознаками антибіотиків є наступні [4]:

1. Вибірковість  дії. У цьому полягає їх відмінність  від загальнобіологічних отрут (спирт, перекис водню, перманганат калію, ціаніди, фенол та ін.). Кожен антибіотик активний щодо певних груп організмів і не впливає на інші форми живих істот;

2.  Висока  біологічна активність щодо чутливих  до них організмів. Тобто антибіотики  активні за дуже низьких концентрацій. Так, концентрація пеніциліну, що  спричиняє бактерицидну дію, становить  10^-6 г/мл [4].

1.1. Вплив на біохімічні процеси в організмі

Характерною особливістю антибіотиків є їхня здатність порушувати певні ланки  обміну речовин мікроорганізмів  або дію деяких їхніх ферментів. Антибіотики пригнічують ріст нормальної мікрофлори, що сприяє розмноженю бактерій, які набули стійкості до антибіотиків. Всі антибіотики небезпечні для організму; в ньому вони пошкоджують тканини з інтенсивним білковим обміном і клітини, які розмножуються швидким поділом. 

При введені  в організм антибіотики проявляють перш за все протимікробну дію, тобто  діють на клітини мікробів. Це трапляється  через різницю поділу та життєдіяльності  мікроорганізмів і клітин нашого організму.  Більшість мікробів значну частину свого життєвого циклу проводять у вигляді одноклітинних організмів, тому їх крихка цитоплазматична мембрана обгорнена зовнішньою клітинною стінкою, що захищає мембрану від пошкоджуючи факторів середовища. Основу клітинної стінки бактерій складають особливі гетерополісахариди, що сполученні з мембранними білками у вигляді протеогліканів  або пептидогліканів [10].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Галузі застосування антибіотиків

Сучасний арсенал антибіотиків постійно поповнюється новими, ефективними та відносно безпечними представниками та навіть класами препаратів. Найбільш відчутний прогрес у створенні нових антибіотиків спостерігався на початку 80-х років, коли у клініці з’явилися цефалоспорини ІІІ покоління, фторхінолони, інгібіторзахищені пеніциліни, трохи пізніше — напівсинтетичні макроліди. Друга хвиля відкриттів у світі антибіотиків намітилася у середині 90-х, коли чітко сформувалася неухильна тенденції до зростання резистентності основних збудників госпітальної та позалікарняної інфекції, а також збільшення в етіологічній структурі грам(–) бактерій із множинною стійкістю до антибактеріальних засобів [7].

Найширше  застосування антибіотиків спостерігається  у медицині. Вони широко застосовуються для лікування та профілактики інфекції. Ефективність їх безперечна. Призначення антибіотиків хворим з гострою та хронічною інфекцією в більшості випадків є необхідним заходом. Раціональне застосування антибіотиків у лікуванні госпітальних та поза лікарняних інфекційних захворювань потребує урахування багатьох факторів, пов’язаних як з пацієнтом та збудником інфекції, так і з соціальними аспектами [11].

Також антибіотики можуть токсично впливати також на певні органи та системи. Наприклад, препарати з групи пеніцилінів токсично діють на нервову систему, зокрема головний та спинний мозок. Тому введення їх допустимо лише в дуже очищеній формі та в значному розчиненні і за абсолютних показань.

У сільському господарстві антибіотики використовуються як лікувальні препарати у тваринництві, птахівництві, бджільництві, рослинництві.

Деякі з  них є стимуляторами росту  тварин. Багато антибіотики, незважаючи на складність їх молекул, легко проникають в тканини рослинного організму і навіть всмоктуються кореневою системою [11].

Цефалоспоринові антибіотики використовуються у  клінічній практиці від початку 60-х років 20 ст. Синтезовано понад 50 представників цієї групи антибіотиків. Ядром молекули цефалоспоринів є 7-аміноцефалоспоринова кислота. За хімічною будовою належить до β-лактамних антибіотиків, близьких до пеніциліну, в біосинтезі основного ядра беруть участь дві амінокислоти – L-цистеїн, L-валін. Цефалоспорини – антибіотики, що утворюються грибами роду Cephalosporium acremonium(Acremonium chrysogenum).

Вперше  антибіотичні властивості Cephalosporium були встановлені в культурі, виділеній з стічних вод острова Сардинії. Фільтрати цієї культури мали антибіотичну дію проти грампозитивних та грамнегативних бактерій при культивуванні на природних або синтетичних рідких середовищах,  які містять глюкозу, лактозу або крохмаль [2].

На сьогодні цефалоспорини є одними з кращих при лікуванні різних інфекцій в  стаціонарі; в більшості випадків їм надається перевага в схемах початкової емпіричної терапії інфекцій різної локалізації. В залежності від спектра  антимікробної активності цефалоспорини  прийнято поділяти на покоління(табл.1).

Таблиця 1.2.1.

Покоління цефалоспоринових антибіотиків
Перше	Друге	Третє	Четверте
Цефалотин Цефалоридин Цефазолін Цефапірин Цефалексин Цефрадин	Цефуроксим Цефокситин Цефамандол Цефаклор Цефотетан Цефузонам	Цефотаксим Латамоксеф Цефодизим Цефоперазон Цефиксим Цефетамет	Цефепим Цефпиром Цефклидин Цефозопран Цефхинон Цефлупренам

 Цефотаксим  проявляє максимальну активність  по відношенню до стрептококів (крім ентерокока), активний по  відношенню до індолпозитивних штамів Proteus, S. marcescens, Providencia, H. іnfluenza, а також штамів, які стійкі до ампіциліну і левоміцетину; діє на гонококи, стійкі до пеніциліну. Цефотаксим є препаратом вибора при “сліпому” лікуванні інфекцій в період, коли ще не отримані результати бактеріологічного аналіза, і може використовуватись замість відповідних комбінацій пеніцилінa з аміноглікозидами [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 2. Порівняльна характеристика методів  одержання і промислових способів виробництва антибіотиків

Існує три  основні способи одержання антибіотиків:

• Біологічний синтез. В цьому випадку використовують штами мікроорганізмів з високими показниками продуктивності і спеціальні поживні середовища, де вони і вирощуються. Таким чином, виробляється велика кількість антибіотиків, серед яких є пеніцилін.
• Ретельне вивчення структури кількох природних антибіотиків, дало можливість їх виробництва за допомогою хімічного синтеза. Одним з перших антибіотиків данного способа став левоміцетин. Всі синтетичні антибіотики створені саме цим шляхом.
• Існує метод, який поєднує два попередні, це комбінований метод. Комбінування хімічного і біологічного синтеза проходить так: використовуючи біологічний синтез, виробляється антибіотик. Далі з нього виділяється ядро, після цього до нього додають різні радикали хімічним шляхом. Так отримуємо напівсинтетичні антибіотики (оксацелін, азлоцилін, тетрациклін, цефалоспорин).

До переваг  комбінованого способу отримання  антибіотиків, відноситься в першу чергу те, що стійкі до природних антибіотиків мікроорганізми є чутливими до напівсинтетичних антибіотиків. Також є економічні сторона – з одного дорогого природного антибіотика, можна отримати близько 100 напівсинтетичних антибіотиків з різними властивостями.

При аналізі  біологічної активності антибіотиків використовують біологічні, хімічні, фізичні  фізико-хімічні методи [7].

Біологічні  методи кількісного аналізу антибіотиків грунтуються на порівняльній оцінці їх здатності пригнічувати розвиток тест-культури мікроорганізмів. Активність встановлюють дифузним або турбідиметричним методами.

 

2.1. Основні галузі застосування  та потреба на ринку