Способы повышения синтеза антибиотических веществ микроорганизмами

Микроорганизмы, выделенные из естественных мест их обитания (почвы, гниющих растительных и животных остатков, илов, воды озер и рек, воздуха и др.) обладают низкой антибиотической активностью, не способны удовлетворить потребности промышленности. Используемые в настоящее время продуценты способны синтезировать в десятки тысяч раз больше антибиотических веществ.

Существует два основных способа, позволяющих значительно повысить продуктивность производственных штаммов:

1. Получение из исходных штаммов новых генотипов микробов с повышенной синтезирующей активностью.

2. Подбор оптимальных условий культивирования микроорганизмов для максимального синтезирования антибиотиков (состав среды, степень аэрации, температура среды, значение рН и другие факторы).

Для создания новых генотипов микроорганизмов используют мутационный и процесс рекомбинации в сочетании с селекцией.

Промышленное получение антибиотиков

Промышленное производство антибиотиков включает ряд последовательных этапов: создание высокопродуктивных штаммов, разработку оптимальных условий культивирования продуцента, позволяющих ему максимально мобилизовать ферментные системы для синтеза антибиотика, подбор методов выделения, концентрирования и очистки антибиотика, создание готовых устойчивых форм препаратов и достоверных способов контроля их качества.

Если рассматривать уровень мировой экономики, то производство антибиотиков представляет мощную развитую отрасль, интегрированную в фармацевтическую промышленность, занимая одно из ведущих мест в производстве лекарственных препаратов. Особенно высок уровень в США, Англии, Японии, Франции, Италии, Германии, Швеции и других странах.

С начала 60-х годов заметное внимание стали уделять получению разнообразных модификаций известных антибиотиков, обладающих более ценными свойствами в сравнении с исходными препаратами. Это так называемый полусинтетический способ производства антибиотических веществ.

В процессе биосинтеза получают исходные антибиотики, которые в последствии подвергаются химической модификации. В некоторых случаях используется не вся молекула, а лишь ее основное ядро.

Применение антибиотиков

Антибиотические вещества находят применение в различных отраслях народного хозяйства, в научных исследованиях.

Антибиотики оказались незаменимыми терапевтическими препаратами. Много жизней было спасено при лечении этими препаратами инфекционных заболеваний ранее неизлечимых или сопровождаемых высокой летальностью (чума, сибирская язва, туберкулез, азиатская холера, брюшной тиф и др.). Ряд антибиотических препаратов могут ингибировать развитие злокачественных опухолей, некоторых вирусов. Несмотря на то, что в медицинской практике в настоящее время используется более ста антибиотиков, постоянно ведется поиск новых, создание ценных полусинтетических и синтетических препаратов. Это расширяет возможности лечебной медицины.

Антибиотические вещества находят все более возрастающее применение в борьбе с заболеваниями сельскохозяйственных и даже диких животных, рыб, а также фитопатогенными организмами (возбудителями заболеваний растений). Требования к антибиотикам, используемым в ветеринарии, практически те же, что и в медицине. При выборе антибиотиков, используемых в растениеводстве, руководствуются основными к нему требованиями:

1. Антибиотик должен обладать специфической биологической активностью к фитопатогенам.

2. Он должен легко проникать в ткани растений и проявлять внутри них биологическую активность.

3. Лечебные дозы антибиотика не должны действовать негативно на растение.

4. Находясь на поверхности и/или внутри тканей растения, должен проявлять пролонгированную биологическую активность, однако, легко и быстро инактивироваться, попадая в почву.

5. Антибиотики, используемые в сельском хозяйстве, не должны применяться в медицинской практике, что обеспечивает снижение уровня появления резистентных форм микроорганизмов, патогенных для человека. Для борьбы с возбудителями заболеваний растений применяются различные антибиотические средства.

Гризеофульвин - образуется Penicillium urticae, P.nigricans, P.rustrichi, применяется против фитопатогенных грибов, прежде всего, представителей рода Botrytis, активен в отношении возбудителя ржавчины, мучнистой росы, килы капусты.

Трихотецин - синтезируется плесневым грибом Trichothecium roseum, обладает фунгицидной активностью против Botrytis cinerea, Helmintosporium. В почве разрушается ферментом трихотециназой, образуемой почвенными грибами из рода Fusarium, Aspergillus, Penicillium.

Касугамицин - продуцируется Streptomyces kasugaensis, активен против грибного заболевания риса пирикуляриоза, распространенного в Японии, вызванного Pericularia oryzae.

Полиоксины - образуются Str.cacaoi, фунгицидны против фитопатогенов из рода Alternaria, Cochliobalus, Pirularia.

Валидамицин А, синтезируется Str. hygroscopicus var. limoneus, активен против фитопатогенного гриба Rizoctonia solani, вызывающего заболевания риса.

Тетранастин - антибиотик актиномицетного происхождения. Его продуцирует Str.aureus. Специфически активен против паразитарных паукообразных и клещей плодовых деревьев.

Гербицидины А и В образованы Str.saganoensis, ингибируют развитие возбудителя заболевания риса - Xanthomonas oryzae. Гербицидины А и В по химическому строению, биологической активности близки к тойокамицину, выделяемому Str.toyocaensis.

Наряду с физическими и химическими методами борьбы с возбудителями порчи продуктов питания используются и антибиотические вещества. Однако ни в коем случае нельзя применять препараты, практикуемые в медицине. Это связано с профилактикой возникновения и распространения резистентных к антибиотикам микробных форм. В пищевой консервной отрасли широко используются субтилин, низин и некоторые другие антибиотики.

Субтилин - образуется спорообразующей бактерией Bacillus subtilis, представляя собой полипептид. Активен в отношении грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов бактериальной природы, в том числе и ацидофилов. Используя субтилин при консервировании овощей, снижают уровень термической обработки, что очень важно для сохранения витаминов, вкусовых качеств и консистенции продукта.

Низин - высокомолекулярный пептид, образуемый Lactococcus lactis. Его используют при консервировании томатов, зеленого горошка, цветной капусты и других продуктов. Высокоэффективен при сохранении сыров. Являясь нетоксичным для человека, подавляет ряд термофильных спорообразующих бактерий.

При использовании антибиотиков в растениеводстве, пищевой и консервной промышленности необходим постоянный и строгий контроль специалистов и соответствующих компетентных организаций.

В заключение можно сказать, обладая специфическим ингибирующим воздействием на отдельные реакции метаболизма разных организмов, антибиотики нашли широкое применение в научных исследованиях при изучении механизмов биосинтеза белка, функционирования мембран, энергетических процессов и других сторон метаболизма. Хлорамфеникол, тетрациклины, пуромицин специфически подавляют определенные стадии синтеза белка на рибосомах. Азасерин, азотомицин ингибируют образование предшественников нуклеиновых кислот; саркомицин подавляет активность полимераз; актиномицин, блеомицин, рубомицин, кардиномицин нарушают функцию ДНК. Пенициллины, цефалоспорины, ванкомицин подавляют образование клеточных стенок. Антимицины, олигомицины - ингибируют процессы дыхания, а валиномицин, грамицидины, колицины - подавляют окислительное фосфорилирование.