Некоторые аспекты микробиологического синтеза лекарственных средств

Ферментативные пути синтеза ЛС (микробиологический синтез) являются чрезвычайно важными процессами, позволяющими получать в больших количествах и относительно экономично многие ключевые продукты: антибиотики, стероидные соединения, инсулин, интерферон, антитела, пептидные гормоны, энзимы (ферменты), витамины и др.

Современные процессы базируются на использовании высокоактивных мутантных штаммов микроорганизмов, в соответствующих условиях специфически продуцирующих необходимое вещество. Например, из декстрана при посредстве Corynebactericum glutamicum и Brevibactericum flavum получают около 400 тыс. т натрий-глутамата (пищевая добавка) и более 70 тыс. т L-лизина (добавка к растительным белкам). Список можно дополнить пуриновыми нуклеотидами, молочной и лимонной кислотами, витаминами (например, В₁₂ из Propionibactericum shermanii).

Соответствующие штаммы используют для получения пенициллинов, цефалоспоринов, тетрациклинов, эритромицинов, аминогликозидов, макролидов и т.д.

Из продуктов жизнедеятельности микроорганизмов уже выделено более 5000 антибиотиков, однако из них в медицинской практике используют только около 100. Следует отметить, что многие производные антибиотиков получают для медицинских целей частичным синтезом, т.е. химической модификацией базовых соединений. Таким путем только с 1970 по 1980 г получено более 50 тыс. производных.

Ферментация осуществляется в ферментерах из нержавеющей стали объемом до 400 м³ в стерильных условиях для предотвращения гибели микроорганизмов. Как правило, создаются аэробные условия, подается кислород или стерильный воздух. Источник углекислого газа - карбогидраты, например меласса, сахара, глюкоза. При необходимости в качестве источника азота добавляют аммония сульфат, аммиак, мочевину, неорганические фосфаты. В ферментерах также требуется постоянно поддерживать оптимальное рН среды и температуру (обычно 35—40°С). Процесс ферментации продолжается до 200 часов, затем проводят фильтрование, и необходимый продукт из фильтрата выделяют путем адсорбции или экстракции. Довольно часто отфильтрованная масса используется как кормовая добавка скоту, поскольку содержит большое количество протеина.

Современными рекомбинантными методами можно создавать пептиды, которые нельзя получить с помощью природных микроорганизмов. Например, модифицированные методами генной инженерии бактерии кишечной палочки Е. coli производят А- и В-цепи инсулина человека или аналогов проинсулина. Дисульфидные мостики селективно образуются после выделения, конечная очистка достигается хроматографическими методами. Другими важными продуктами, получаемыми таким путем, являются гормон роста человека, нейроактивные пептиды, соматостатин, интерфероны, активатор тканевого плазминогена, лимфокинины, регуляторы ионов кальция, белковые вакцины, моноклональные антитела (используемые как диагностические средства).

Микробиологические методы энзимов часто применяют для региостереоспецифического синтеза, например для превращения прогестерона в 11--гидроксипрогестерон - ключевой продукт в синтезе кортизона. Изолированные энзимы служат также для изомеризации глюкозы в фруктозу, в ферментном анализе. Многие энзимы используют самостоятельно: для нормализации пищеварения - химотрипсин, пенсии, трипсин, липазы, амилазы; в качестве цитостатических средств при лечении лейкемии — урокиназа, аспарагиназа.

Можно отметить также важную роль энзимов как биокатализаторов в химических стереоспецифических реакциях. Например, энзиматическое расщепление рацемических N-ацетил-d,1-аминокислот в L-аминокислоты, получение кислоты 6-аминопенициллановой из бензилпенициллина с помощью пенициллинамидазы, присоединение аммиака к кислоте фумаровой и получение кислоты L-аспартамовой с помощью аспартазы и др. В этих процессах можно применять энзимы в иммобилизованной форме как гетерогенные катализаторы, которые способны легко отделяться от реакционной среды и могут использоваться многократно.

Источниками энзимов являются не только микроорганизмы, но и материалы растительного и животного происхождения.