Глава 11
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ
СТЕРОИДНЫХ ГОРМОНОВ И КОНТРОЛЬ
РЕПРОДУКТИВНОЙ ФУНКЦИИ У ДОНОРОВ
11. 1. Биотрансформации стероидных гормонов
Способность клеток микроорганизмов к сложнейшим процессам биотрансформации наиболее полно реализовалась при получении промышленно важных стероидов. Использование абсолютной субстрактной специфичности биологических катализаторов, присущих целым клеткам микроорганизмов, позволило разработать условия осуществления множества химических реакций для структурных перестроек стероидов. В результате были получены новые соединения с лучшими фармакологическими свойствами. Микробиологические трансформации стероидов заключаются в селективном воздействии на одно из положений стероидного скелета. Первый промышленный процесс микробной биотрансформации стероидов основывался на технологии направленного гидроксилирования (11-альфа-гидроксилирование) прогестерона некоторыми видами грибов (Aspergillus ashraceus; рис. 11.1).
Рис. 11.1. Гидроксилирование прогестерона
Значимость другой, разработанной аналогичным методом, микробной трансформации определяется тем, что процессы гидроксилирования кортикостерона лежат в основе промышленного получения следующих ценных продуктов:
1.Противовоспалительных и противоопухолевых препаратов;
2. Транквилизаторов;
3. Анестезирующих средств;
4. Половых гормонов.
Производство
ещё одного важного в промышленном
масштабе противовоспалительного
препарата преднизолона,
осуществляется путём микробного
гидроксилирования кортизола Arthrobacter
simplecs
(рис. 11. 2). Необходимо, чтобы среда для
осуществления реакции окисления
кортизола
в преднизолон культурой клеток
Arthrobacter
simplex
включа-ла
пептон, глюкозу и кукурузный экстракт.
Рис. 11. 2.Гидроксилирование кортизола
Правильность преобразования
стероидного субстрата контролируют,
сочетая химический подход со специфичностью
биологической системы. Например,
образование уксуснокислого эфира
препятствует другим побочным реакциям.
Важнейший источник стероид- ных гормонов – культуры клеток растений. Так, культура клеток диоскореи дельтовидной корневого изготовления, продуцирует фитосте-рин диосгенин и его гликозидные производные (сапонины).
Существенно, что способность к сверхсинтезу гликозидов ряда штамммов диоскореи, например штаммма ДМ-ОГ, стабильно поддерживалась в течение 27 лет.
Таким образом, культивирование клеток растений in vitro представляет собой новое решение проблемы промышленного получения вторичных метаболитов.
Дальнейшие успехи в производстве стероидных препаратов связывают с:
1. Применением иммобилизованных клеток;
2.Использованием оптимального сочетания биологических и химических превращений;
3. Совершенствованием технологии очистки получаемых соединений.
Среды для биотрансформации стероидов имеют сложный состав, поэтому к технологии предъявляются требования:
1. Строгого контроля за каждым параметром применяемой среды (рН, время, температура и т. д.);
2.Требуется, чтобы через сутки к смеси добавлялось вещество S Рейхштейна.
3. Необходимо, чтобы процесс осуществлялся в строго нейтральной среде, при температуре 28°С, в течение 120 ч, при оптимальном выходе преднизолона - 93%.
4. Требуется, чтобы крупномасштабное производство преднизолона, путём биотрансформации стероидов, обеспечивало снижение стоимости этого препарата не менее чем в 200 раз.
В проблеме регуляции действия генов у млекопитающих наиболее изучено регулирование проявления действия генов с помощью стероидных гормонов. Общий механизм их действия состоит в активации транскрипции на геномном уровне. Стероидный гормон прикрепляется к молекулам белка рецептора в цитоплазме специфических клеток-мишеней, восприимчивых к стероиду. Образовавшийся в результате этого комплекс стероидного гормона с рецептором мигрирует в ядро, где он прикрепляется к специфическому сайту ДНК в пределах чувствительных к стероиду генов и значительно повышает активность транскрипции этих генов. Исходя из этого, действия стероидного гормона – один из наиболее вероятных путей регуляции проявления генов у трансгенных животных.
Микроорганизмы используются и на отдельных стадиях синтеза лекарственных веществ, который ранее осуществлялся путём многоступенчатых и дорогостоящих химических реакций. Так, один из штаммов хлебной плесени, Rhizopus arrhizus, на начальном этапе синтеза стероида кортизона может гидроксилировать прогестерон. Применение подобной стратегии биоконверсии наряду с традиционными химическими превращениями позволило получать многие стероиды более простыми и дешёвыми способами на основе стеролсодержащего растительного сырья. Именно благодаря этому такие стероиды, как преднизон, дексаметазон, тестостерон и эстрадиол, могут сегодня широко применяться в клинической практике. Некоторое представление об исключительной важности этих веществ в терапии можно получить, ознакомившись с данными таблицы 11.1., где перечислены основные области применения стероидов при заболеваниях.
Таблица 11.1. Области применения стероидов при терапии
Стероид |
Заболевания |
Глюкокортикоиды Кортизон Гидрокортизон Преднизон Преднизолон Дексаметазон |
Заболевания крови: гемолитическая анемия, острый лейкоз, угнетение костного мозга Аллергии: астма, экзема, анафилаксия Аутоиммунные заболевания: узелковый полиартериит, ревматоидный артрит, височный артериит Прочие: язвенный колит, саркаидоз, нефротический синдром |
Половые стероидные гормоны Тестостерон Эстрадиол Прогестерон |
Гинекологические заболевания: эндометрит, метроррагии, кистозное перерождение яичников, гипофункция яичников, атония матки, ановуляторное состояние фолликулов в яичниках |