Розділ 1. Аналіз стану проблеми

За останні 10 років світовий попит на екологічно чисту продукцію подвоївся, і, за прогнозами експертів, ринок екологічно чистої продукції до 2020 року може досягнути обороту в $200 – 250 млрд. на рік. Наприклад, потреба в таких продуктах у Франції задовольняється лише на 36—40 % [27]. Сьогодні саме екологічне сільське господарство є пріоритетом розвитку аграрної галузі в Європі. Підтримка здійснюється на державному рівні кожної країни й на рівні Євросоюзу. Однак зростання ринку біоконтролю й біотехнологій у країнах ЄС стримується твердими правилами реєстрації засобів. Процес реєстрації може зайняти до 2 років, а витрати в десятки разів вищі, ніж в Україні [27].

Разом з тим у європейських країнах усе гостріше відчувається потреба в заміні традиційних для сільського господарства препаратів підвищення врожайності (у рослинництві) і продуктивності (у тваринництві й птахівництві) на біологічні [27]. На виставці спеціалізованого обладнання та технологій “Наука – виробництву” в травні 2009 року інститутом мікробіології і вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України був представлений комплексний препарат на основі авермектинів з високою нематоцидною, акарицидною, інсектицидною дією, що синтезується ґрунтовим стрептоміцетом Streptomyces avermitilis – препарати на основі авермектинів визнані екологічно чистими і найбільш перспективними у світовій практиці. Препарат використовують для боротьби зі шкідниками рослин, а також ендо- і ектопаразитами сільскогосподарських тварин [6]. Антибіотики авермектини набули широкого біотехнологічного застосування в таких галузях як сільське господарство і тваринна ветеринарія [6].

Авермектини ефективні при нормах витрати на 1–2 порядки нижчих у порівнянні з таким більшості інсектицидів. Продукти розпаду – нетоксичні орга-

нічні сполуки. Цей факт дозволяє значно знизити пестицидне навантаження в агроценозах, а також одержувати екологічно безпечні продукти тваринництва. Слід зазначити, що препарати іноземного виробництва на основі авермектинів, як правило, містять лише модифіковані компоненти групи В1, оскільки саме останні мають найбільшу антипаразитарну активність. Хімічні модифіканти В1 високоефективні, мають широкий спектр дії, зручні при стандартизації, але за токсичними та екологічними характеристиками значно поступаються природному комплексу. Їх недоліки були враховані при розробці вітчизняних антипаразитарних препаратів на основі авермектинів. Основною відмінністю є використання в якості діючої речовини всього комплексу авермектинів з вмістом компоненту В1 не менше 50%. Це не знижує ефективності і дозволяє значно спростити технологію одержання препаратів. Авермектини швидко інактивуються в об'єктах навколишнього середовища [12].

Авермектини – це комплекс з восьми близькоспоріднених компонентів: чотирьох мажорних (А1а, А2а, В1а, В2а) і чотирьох мінорних (А1в, А2в, В1в, В2в). За хімічною структурою (рис.1.1) кожен компонент авермектинового комплексу являє собою макролід з макроциклічного 16-членного лактону, зв’язаного з дицукром діолеандрозою. Лактонна частина утворюється з однієї молекули 2-метилбутирату (авермектини групи «а») або ізобутирату (авермектини групи «в»), семи молекул ацетату і п’яти молекул пропіонату, тобто саме з тих нижчих жирних кислот, які є попередниками в біосинтезі жирних кислот у клітинах актиноміцетів [8].

У біологічному відношенні найактивнішими є авермектини групи В1, зокрема В1а – івермектин, лактон якого гідрогенізований у положеннях С22 - С23.

За хімічною будовою це 5-0-диметил-22,23-дигідроавермектин [8].

У межах родини авермектинів виділяють дві групи А та В, що мають структурні субпопуляції (позначають 1 та 2), кожна з яких складається з гомологів а та b. Вуглецевий атом А групи є етильований у позиції 5, тоді як у компонентів групи В містить гідроксильну групу. Складові субпопуляції 1 мають подвійний зв’язок між вуглецевими атомами С22 та С23. Ця особливість у

Рис. 1.1. Загальна структура авермектинів : R₁=Н в “B” компонентах; R₁= CH₃ в “А” компонентах; X=CH=CH в “1” компонентах; X= CH₂CHOH в ”2” компонентах; R₂= CH₂ - CH₃ в “а” компонентах; R₂= CH₃ в “в” компонентах.

конформаційному положенні кільця має значний вплив на функціональність авермектинів і визначає зміни біологічної активності. Гомологи груп А та В відрізняються за різними залишками в положенні вуглецю 25, гомолог А має ізопропільне похідне L- валіну, гомолог В –бутильне похідне L- ізолейцину. Авермектини типу В, зокрема івермектин, мають більш виражені анти паразитичні властивості, ніж авермектини типу А. До складу івермектинів входить понад 80% 22,23- дигідроавермектину В1а та 20% 22,23- дигідроавермектину В1b [8].

Таблиця 1.1

Радикали авермектинів груп А та В

Авермектини	Радикали у положенні
	С–23	С–25	С–5

Продовження таблиці 1.1

А1а А1б А2а А2б В1а В1б В2а В2б

СН3 СН3 СН3 СН3 Н Н Н Н

СН2 – СН3 СН2 – СН3 СН2 – СН3 СН2 – СН3 СН3 СН3 СН3 СН3

СН=СН СН=СН СН=СН(ОН) СН=СН(ОН) СН=СН СН=СН СН=СН(ОН) СН=СН(ОН)

Авермектини мають вибіркову спрямованість дії: вони пригнічують синтез речовин, що виконують роль медіаторів при перенесенні нервового імпульсу у членистоногих, гельмінтів та нематод, внаслідок чого настає їх параліч і смерть. Встановлено, що поряд з нейротоксичною дією авермектини пригнічують також синтез хітину [2].

Дослідження авермектиів, як антипаразитарних препаратів фокусувалося виключно на ефектах викликаних компонентом В1. Однак механізми дії авермектинів на організм тварин ще не вивчені остаточно, хоча вони сьогодні успішно використовуються, як основні ліки проти онхоцерозу людини, проти деяких ектопаразитів людини. Дослідженнями in vitro показано, що авермектини пригнічують скорочення глоткових м’язів, моторику та плодючість у деяких видів нематод. У Haemonchus contortus , найбільш чутливих до авермектинів є процес скорочення глоткових м’язів. Авермектини у концентрації ≥ 0,1 нМ паралізує м’язи глотки дорослої особини H. сontortus , тоді як для зменшення рухливості, що веде до повного паралічу, необхідна концентрація ≥ 10нМ. Цікаво, параліч більше виникає у середній часиині тіла черв’яка, а голова та хвостовий відділ при цьому зберігають нормальний рух [24].

Авермектин здійснює свою антипаразитичну дію через активацію глутамат – чутливих хлорних каналів, а також впливає на рецептори, чутливі до γ-аміномасляної кислоти (ГАМК- чутливі рецептори), наявні у мембранах нейронів безхребетних. У нервових клітинах хребетних відсутні глутамат- чутливі канали, тому мішенню для авермектинів є інші рецептори [24].

Авермектини не проявляють бактерицидної та фунгіцидної активності і, завдяки високій специфічності дії, вони нешкідливі для людей та тварин. Вони активні щодо екзо- та ендопаразитів тварин (кліщів, нематод, бліх, вошей тощо), а також фітонематод та комах – шкідників рослин (колорадський жук, крапчастий і павутинний кліщі, міль, попелиця та ін.) [24].

Завдяки своїм унікальним властивостям препарати на основі авермектинів називають “ветеринарними препаратами майбутнього”. Існують також відомості про успішне застосування івермектину у медичній практиці при лікуванні гельмінтозів у людей [8].

Таким чином, авермектини є досить перспективною групою сполук для створення екологічно безпечних високоефективних препаратів для лікування паразитарних захворювань тварин і людини та засобів боротьби із шкідниками сільськогосподарських культур [8].

Для одержання авермектинів використовується глибинне культивування культури штаму S. avermitilis УКМ Ас – 2177. Альтернативою йому може бути поверхневе вирощування в спеціальних ростильних установках, але оскільки даний вид культивування є не рентабельним то використовується глибинне культивування продуценту [20]. Після проведення процесу ферментації для виділення авермектинів використовують центрифугування, руйнування клітин ультразвуком та екстракцію з наступним центрифугуванням [14]. Завдання даного проекту є підбір оптимальної технологічної схеми та її апаратурне оформлення; вибір найкращого продуцента; розрахунок складу поживного середовища для виробництва авермектинів.