17. В биотехнологии существует метод создания новых антибиотических препаратов с использованием мутасинтеза. В чем состоит суть метода и его основные возможности?
Одним из способов получения антибиотиков (мутасинтез) состоит в использовании для их биосинтеза так называемых “блокированных” мутантов, у которых в результате мутации изначально отсутствует (блокировано) определенное звено в цепи реакций, ведущих к синтезу антибиотика. Такие блокированные мутанты не способны образовывать молекулу антибиотика целиком. Получение таких мутантов осуществляется обычно методами генной инженерии путем целенаправленного удаления определенных генов. Сущность метода состоит в том, что в питательную среду, где осуществляется культивирование таких блок-мутантов, в идиофазе вводят различные мутасинтоны D* (вещества близкие по структуре соединению D, синтез которого блокирован). Поскольку для ферментов вторичного метаболизма характерна низкая субстратная специфичность, то эти аналоги блокированного предшественника антибиотика могут быть трансформированы ферментной системой клеток блок-мутантов в аналоги самого антибиотика – вещества E*. Этот процесс носит название мутационный биосинтез, или мутасинтез:
Подходящие мутасинтоны могут быть получены методами химического синтеза или биосинтеза.
Большой интерес как исходные вещества (синтоны, билдинг-блоки, темплейты, шаблоны) для синтеза различных модификаций природного антибиотика представляют и продукты его неполного синтеза В. Используя методы биотрансформации и химического синтеза в такие молекулы можно вводить разнообразные фрагменты, отличные от того, который имелся в природной молекуле.
Так, мутанты Nocardia mediterranei, у которых нарушена способность к алкилированию, образуют аналог предшественника рифамицина β - рифамицин SV, содержащий свободную незамещенную гидроксильную группу, который служит исходным веществом для получения многих син-тетических рифамицинов (препараты для лечения туберкулеза и проказы).
рифамицин В рифамицин SV рифамицин L
Иногда активностью могут обладать и сами продукты неполного синтеза некоторых антибиотиков (получение различных производных эритромицина).
Что представляет собой биоизостерическая замена? Как этот прием используется при создании новых лекарственных препаратов.
Биоизостерическая замена — это замена функциональной группы в исходной молекуле на другую, внешне не похожую, при которой сохраняется или усиливается биологическая активность молекулы. Для этого исходная и замененная группы должны иметь примерно одинаковое пространственное строение и распределение зарядов по атомам, входящим в группу. Этот прием широко используется при создании новых лекарств и ядохимикатов. С помощью биоизостерической замены исследователям удаётся, например, уменьшить токсичность активного соединения, повысить его растворимость и устойчивость к действию ферментативных систем организма и т. д. Например, в лекарственных препаратах крайне нежелательно наличие свободной карбоксильной группы, т. к. в этом случае возможно образование нерастворимых кальциевых солей. Поэтому карбоксильную группу заменяют на тетразольную. Фрагмент N-H этой группы является аналогом фрагмента О-Н в карбоксильной группе и, с одной стороны обеспечивает кислотные свойства молекулы, а с другой, тетразольная группа не образует солей с ионами кальция.
Получение субстанции аскорбиновой кислоты является многостадийным процессом, в котором сочетаются методы органического и микробиологического синтеза. Какой предшественник аскорбиновой кислоты получают использованием биотехнологии и каково значение этого этапа для всего процесса в целом?
Основным способом промышленного производства аскорбиновой кислоты является метод Рейхштейна. Производство аскорбиновой кислоты – многостадийный трудоемкий процесс, включающий одну микробиологическую и несколько химических стадий. Исходным субстратом по этому способу – является D-глюкоза. Метод нашел применение во многих странах, в т. ч. СССР и России.
Метод Рейхштейна состоит из 6 стадий, включая 1 стадию микробного синтеза:
1 стадия. Получение D-сорбитола из D-глюкозы методом каталитического восстановления водородом.