3. Отработка условий для получения сверхсинтеза антибиотиков. Химическая трансформация природных антибиотиков - полусинтетические препараты.

4. Схема технологии производства пенициллина как пример промышленного получения антибиотиков. (самостоятельно)

5. Схема получения антибиотиков. Получение товарной формы антибиотиков. Проблема резистентности к антибиотикам.

Промышленное получение антибиотиков это результат работы соответствующих специалистов (генетиков, микробиологов, технологов).

В настоящее время антибиотики производят методом глубинной ферментации периодического действия, т.е. культура выращивается во всем объеме питательной среды в асептических условиях. При этом необходима непрерывная аэрация и перемешивание питательной среды. Период ферментации длится 7-10 суток. При производстве антибиотиков используют полунепрерывные и непрерывные способы культивирования (ферментации).

Технология завершающих стадий процесса определяется природой антибиотика, характером производства и целями дальнейшего использования антибиотиков. Для медицинских целей технология выделения и очистки имеет особое значение. Это комбинации различных операций: экстракцию антибиотиков подходящими растворителями, осаждение и перекристаллизацию их из разных сред, фракционирование на ионообменных смолах, лиофильную и распылительную сушку готовых препаратов. Антибиотики выделяют или в виде сравнительно неочищенных препаратов (натриевая соль пенициллина), или в виде высокоочищенных веществ (прокаиновая соль пенициллина), предназначенных для клинического использования. Выход антибиотиков обычно составляет несколько десятков граммов на 1л.

Схема получения антибиотиков

1. Подготовка питательной среды

2. Получение посевного материала

3. Выращивание производственной культуры (биосинтез)

4. Выделение конечного продукта

Итак, 1 стадия: Подготовка питательной среды. Каким требованиям должна отвечать оптимальная питательная среда?

1. Обеспечивать хороший рост продуцента и максимально возможное образование антибиотика.

2. Содержать доступные и дешевые компоненты.

3. Обладать хорошей фильтрующейся способностью.

4. Обеспечивать применение наиболее экономичных и эффективных приемов выделения и очистки антибиотика.

Кроме того, питательная среда должна быть стерильной. В промышленных условиях стерилизация питательной среды осуществляется двумя методами: периодическим (небольшие объемы) и непрерывным (большие объемы). Температура 120-130С.

Источниками углерода могут быть: сахароза, глюкоза, лактоза, мальтоза, некоторые полисахариды. В производстве пенициллина – глюкозу и лактозу; для производства хлортетрациклина – крахмал. Техническую глюкозу. Жиры и масла.

Источники азота: аммонийные соли, нитраты, белки, полипептиды, аминокислоты.

Минеральное питание: фосфор, сера, железо, калий, магний.

рН=7,0; Т= 25-26 С -31-33 С.

Т.о., максимальный выход антибиотиков зависит от оптимальной питательной среды, стерильности, рН, Т, аэрации.

Вторая стадия - подготовка посевного материала. Инокуляторы на 10л, 100-500л. Требуется 5-10% инокулята от объема ферментера.

Третья стадия – стадия биосинтеза (ферментации). Осуществляется в аппаратах – ферментерах, емкостью 10-100 тысяч литров. В последнее время выпускают ферментеры с автоматизированной системой контроля. Процесс биосинтеза является двухфазным и продолжается от 60-170 часов, т.е. только 70-75% времени используется на биосинтез, остальное время на выращивание биомассы. В процессе биосинтеза культура продуцента подвергается последовательным изменениям. Поэтому разработан метод микробиологического контроля за состоянием культуры.

Пеногашение. Причина пены – наличие белковых веществ в среде и ее высокая вязкость, обусловленная обильным накоплением биомассы. Для борьбы с пеной используют поверхностно-активные вещества: растительные масла (соевое, подсолнечное), животный жир (кашалотовый жир), минеральные масла (вазелин, парафин), спирты и высшие жирные кислоты и др.вещества.

Четвертая стадия – предварительная обработка и фильтрация культуральной жидкости. На этой стадии отделяют микробные клетки и примеси от культуральной жидкости. Если антибиотик является внутриклеточным, его переводят в жидкую фазу, что достигается подкислением или подщелачиванием культуральной жидкости. Отделение микробных клеток осуществляется путем фильтрации, флокуляции, сепарирования, центрифугирования.

Пятая стадия – выделение и очистка антибиотиков. Стадия выделения и химической очистки включает ряд процессов: от обработки нативного раствора до сушки готового препарата. Если антибиотик в культуральной жидкости, его выделяют методами экстракции, растворителями не смешивающимися с жидкой фазой, или осаждают в виде нерастворимого соединения, или сорбируют ионообменными смолами. Далее упаривают и сушат.

Цель химической очистки – извлечение антибиотика из нативной жидкости или из клеток продуцента, концентрация его и освобождение (собственно очистка) от сопутствующих примесей и в конечном счете получение высоко очищенного препарата.

Метод экстракции. Для очистки антибиотика от примесей его многократно переводят из одного растворителя в другой с предварительным осаждением (кристаллизацией). Такой прием носит название перекристаллизация.

Метод осаждения. Антибиотик связывают с органическими или неорганическими веществами с целью получения соединения, выпадающего в осадок. Осадок путем центрифугирования отделяют от нативного раствора. Высушивают. Образовавшееся соединение разлагают, и антибиотик экстрагируют или вновь осаждают (кристаллизуют).

Ионообменная сорбция. Антибиотики (по своей природе кислоты, основания или амфотерные соединения) сорбируются на ионообменных смолах, проходя через колонки, примеси имея другой заряд проходят через колонку. Антибиотик, отрицательно заряжен, отсорбируется на катионной (+) смоле и наоборот (анионидная смола – (-)). Антибиотик элюируют (смывают) (десорбируют) и получают очищенный и сконцентрированный препарат.

Получение готовой продукции, приготовление лекарственных форм, расфасовка.

Антибиотики должны быть стерильными. Поэтому эта стадия осуществляется в асептических условиях.

После выделения и очистки удаляют свободную и связанную воду. Антибиотики термолабильны, поэтому применяемые методы не должны приводить к потере биологической активности и цвета препарата.

Методы обезвоживания:

1. Лиофильная сушка.

2. Высушивание с применением распылительной сушилки. Высушивание протекает в течение нескольких секунд.

Антибиотики подвергают биологическому и фармакологическому контролю.

Биологический контроль – позволяет определить стерильность. Инактивируют антибиотик и высевают в питательную среду (инактивация с помощью фермента). Если нет биологического инактиватора, то у контролируемых препаратов выявляют наличие устойчивых к ним форм микроорганизмов, а также определяют возможное присутствие чувствительной микрофлоры.

Фармакологический контроль. На токсичность. Пирогенность. Устанавливают максимальную переносимую дозу антибиотика, дорзу вызывающую гибель (LD 50) 50% подопытных животных и дозу смертельную для всех животных (LD100).

Затем расфасовка и упаковка и ставят дату выпуска и продают.