Актуальність вказаної теми
Дослідження антибіотиків та антибіотикорезистентності активно проводяться різними міжнародними організаціями та науковими установами. Ось деякі приклади таких інститутів та організацій:
1. Всесвітська організація охорони здоров'я (ВООЗ): ВООЗ веде глобальні дослідження з антибіотикорезистентності та розробляє рекомендації щодо контролю за використанням антибіотиків у медичній практиці.
2. Європейський центр контролю за захворюваннями (ECDC): ECDC здійснює моніторинг антибіотикорезистентності в країнах Європейського Союзу та розробляє стратегії боротьби з цим явищем.
3. Американський центр контролю та профілактики захворювань (CDC): CDC займається дослідженням антибіотикорезистентності в Сполучених Штатах та розробляє рекомендації щодо запобігання та контролю інфекцій.
4. Європейська агенція з лікарських засобів (EMA): EMA веде оцінку нових антибіотиків та розробляє рекомендації щодо їх використання в Європейському Союзі.
5. Міжнародний науковий консорціум з антибіотикорезистентності (ISARIC): ISARIC об'єднує науковців з усього світу для спільного дослідження антибіотикорезистентності та розробки нових стратегій лікування.
Ці організації та інші наукові установи активно співпрацюють для забезпечення ефективного контролю за антибіотикорезистентними інфекціями та розробки нових антибіотиків для лікування інфекційних захворювань.
Метою даної роботи є глибокий та всебічний аналіз технологічного процесу виробництва бензилпеніциліну, зокрема з використанням актиноміцетів-продуцентів. Робота присвячена детальному розгляду процесів культивування мікроорганізмів, виокремлення та очищення цільового продукту, а також контролю якості на різних етапах виробництва.
У рефераті надається інформація про специфіку та особливості використання актиноміцетів у виробництві бензилпеніциліну, включаючи їхню біологічну природу та властивості, а також оптимальні умови для їхнього росту та активності.
Окрема увага приділяється аналізу устаткування, яке використовується на різних етапах технологічного процесу, таким як біореактори для культивування мікроорганізмів, системи виділення та очищення продукту, а також прилади для контролю якості та відстеження параметрів процесу.
Робота містить не лише теоретичний аналіз, але й практичні рекомендації щодо оптимізації технологічного процесу виробництва бензилпеніциліну з метою підвищення ефективності та якості продукції. Такий комплексний підхід сприяє збільшенню рівня розуміння та опанування технологічних аспектів цього важливого процесу у фармацевтичній галузі.
1 Характеристика продуктів дослідження
1.1 Опис характеристики бензилпеніциліну
Актиноміцети є важливими мікроорганізмами у сфері біотехнології та фармацевтики. Вони відносяться до групи грампозитивних бактерій і відрізняються складною розгалуженою будовою міцелію, що робить їх ефективними продуцентами різних біологічно активних речовин, зокрема антибіотиків.
У сучасному промисловому виробництві бензилпеніциліну часто використовуються такі штами актиноміцетів, як Streptomyces lipmanii (рис 1.1), Streptomyces lavendulae та Streptomyces clavuligerus. Ці мікроорганізми виявилися особливо ефективними у синтезі бензилпеніциліну, що є ключовим антибіотиком у лікуванні різних інфекцій.
Рис 1.1 Колонія Streptomyces lipmanii культивованих в чашці Петрі
Штами актиноміцетів властива висока активність ферментів, які каталізують утворення бензилпеніциліну з відповідних попередників. Це дозволяє ефективно використовувати їх у виробництві антибіотиків з високим виходом продукту та ефективністю процесу.
Такий підхід дозволяє забезпечувати стабільне та ефективне виробництво бензилпеніциліну, що є важливим кроком у забезпеченні доступності цього життєво важливого антибіотика для лікування інфекційних захворювань.
Крім здатності до глибинного росту, актиноміцети володіють властивістю продукувати широкий спектр біологічно активних речовин, зокрема антибіотиків, що робить їх ідеальними кандидатами для промислового виробництва бензилпеніциліну та інших медичних препаратів. [3]
У процесі культивування актиноміцетів велике значення має оптимізація умов середовища, що забезпечує необхідні поживні речовини для їхнього росту та продукції антибіотиків. Складні поживні середовища, такі як ті, що містять джерела азоту, вуглецю, фосфору та мікроелементи, використовуються для забезпечення оптимальних умов для росту та максимальної продуктивності актиноміцетів.
Крім здатності до глибинного росту, актиноміцети володіють властивістю продукувати широкий спектр біологічно активних речовин, зокрема антибіотиків, що робить їх ідеальними кандидатами для промислового виробництва бензилпеніциліну та інших медичних препаратів.
У процесі культивування актиноміцетів велике значення має оптимізація умов середовища, що забезпечує необхідні поживні речовини для їхнього росту та продукції антибіотиків. Складні поживні середовища, такі як ті, що містять джерела азоту, вуглецю, фосфору та мікроелементи, використовуються для забезпечення оптимальних умов для росту та максимальної продуктивності актиноміцетів.
Щоб забезпечити ефективність культивування, оптимальні температурні умови (28-30°С) та pH середовища (6,5-7,5) дуже важливі. Ці параметри сприяють оптимальному росту та продукції антибіотиків.
Штам Streptomyces lipmanii є одним із найбільш продуктивних серед актиноміцетів-продуцентів бензилпеніциліну. Його висока продуктивність, здатність накопичувати значні кількості активності антибіотику та ефективний ріст у культуральній рідині робить його привабливим кандидатом для виробництва бензилпеніциліну на промислових масштабах.
Процес культивування штаму Streptomyces lipmanii для отримання бензилпеніциліну складається з двох ключових фаз - трофічної та ідіофази, які мають важливе значення для продуктивності та якості отриманого антибіотика.
У трофічній фазі, що відбувається на початку культивування, спостерігається активний ріст біомаси. Під час цієї фази актиноміцети активно множаться та накопичують біомасу, готуючись до синтезу цільового продукту - бензилпеніциліну.
У ідіофазі, що настає після трофічної фази, відбувається перехід від активного росту до синтезу цільових метаболітів - бензилпеніциліну. Під час цієї фази спостерігається уповільнення росту біомаси, проте актиноміцети активно синтезують бензилпеніцилін, накопичуючи його в культуральній рідині.
Саме завдяки цьому двофазному процесу культивування досягається висока продуктивність штаму S. lipmanii, який здатний накопичувати значні кількості активності антибіотику в культуральній рідині при високому виході біомаси. Цей процес є ключовим для промислового виробництва бензилпеніциліну та забезпечення його доступності для медичного застосування.
Серед актиноміцетів-продуцентів бензилпеніциліну найбільш високу продуктивність демонструє штам Streptomyces lipmanii. Він здатний накопичувати до 700-800 одиниць активності антибіотику в 1 мл культуральної рідини при виході біомаси 15-20 г/л. [3]
Оптимальні параметри культивування S. lipmanii включають ряд ключових умов, які забезпечують максимальну продуктивність та якість отриманого бензилпеніциліну. Ці параметри враховують такі фактори, як температура, рН середовища, аерація та перемішування.
Згідно з оптимальними умовами, для ефективного культивування S. lipmanii рекомендується дотримуватися таких параметрів:
- Температура: 28-30 °C. Цей діапазон температур сприяє оптимальному росту та активності актиноміцетів під час всього процесу культивування.
- РН середовища: 6,5-7,0. Забезпечення слабокислого або нейтрального середовища є важливим для оптимального функціонування ферментативних систем та синтезу бензилпеніциліну.
- Аерація: 0,5-1,0 об. % за хв. Надійна аерація є необхідною для забезпечення достатнього доступу кисню до мікроорганізмів та підтримки їхньої життєздатності.
- Перемішування: 250-300 об/хв. Ця швидкість перемішування допомагає забезпечити однорідний розподіл поживних речовин у середовищі та підтримує оптимальні умови для росту і синтезу актиноміцетів. [3]
Для досягнення високої продуктивності S. lipmanii у виробничому масштабі застосовується багатоступеневе культивування з використанням все більш складних поживних середовищ. Це дозволяє оптимізувати умови середовища для максимального виходу бензилпеніциліну та підтримки життєздатності мікроорганізмів протягом всього процесу виробництва.
Отже, завдяки здатності продукувати бензилпеніцилін, оптимальним параметрам культивування та можливості оптимізації процесу, актиноміцети, зокрема S. lipmanii, є ефективними промисловими продуцентами цього важливого антибіотика.