Виробництво антибіотиків. Способи одержання

3. Способи отримання антибіотиків

Існуючі способи одержання антибіотиків можна поділити на три групи:

Біологічний синтез. Для отримання антибіотиків цим способом використовують високопродуктивні штами мікроорганізмів і спеціальні поживні середовища, на яких їх вирощують. За допомогою біологічного синтезу отримують, наприклад, пеніцилін [11]. Приблизно 50 % відомих антибіотиків синтезуються штамами, належними до актиноміцетів, головним чином до одного з родів - роду Streptomyces. Велике число антибіотиків є продуктами життєдіяльності інших бактерій, але серед цих антибіотиків лише небагато знайшли практичне застосування. Майже усі антибіотики бактерійного походження по хімічній природі являються пептидними. Серед бактерій-продуцентів слід виділити спорооутворюючі бактерії Bacillus subtilis, які здатні утворювати близько 70різних поліпептидних антибіотиків, Вacillus polymyxa - 20 антибіотиків, які відносяться до сімейства полімиксинових, Bacillus brevis - 23 антибіотики. Антибіотики продукуються також багатьма видами пліснявих грибів.Здатність антибіотиків до синтезу не являється строго специфічною ознакою. Один і той же антибіотик може утворюватися мікроорганізмами, що відносяться до різних видів, родів і навіть порядків. Крім того, штами, що належать до одного виду, можуть синтезувати різні антибіотики. Проте, як правило, чим далі знаходяться друг від друга організми в таксономічному відношенні, тим менше вірогідність, що вони синтезують один і той же тип антибіотика [10].

Хімічний синтез. Після вивчення структури деяких природних антибіотиків стало можливим їх отримання шляхом хімічного синтезу. Одним з перших препаратів, отриманих таким методом, був левоміцетін. Крім того, за допомогою цього методу створені усі синтетичні антибіотики.

Комбінований метод. Цей метод представляє собою поєднання двох попередніх: за допомогою біологічного синтезу отримують антибіотик, виділяють з нього так зване ядро (наприклад, 6-амінопеніцилланову кислоту з пеніциліну) і хімічним шляхом додають до нього різні радикали. Антибіотики, отримані за допомогою цього методу, називаються напівсинтетичними. Наприклад, напівсинтетичними пеніцилінами є оксацилін, азлоцилін. Широко використовуються напівсинтетичні цефалоспоріни, тетрациклін та ін. Головною ознакою напівсинтетичних антибіотиків є чутливість до них стійких до природних антибіотиків мікроорганізмів. Крім того, це найбільш економічно вигідний засіб виробництва антибіотиків: з одного природного антибіотика, вартість отримання якого дуже висока, можна створити приблизно 100 напівсинтетичних препаратів з різними властивостями [11].

3.1 Виробництво антибіотиків

Промисловий процес виготовлення антибіотиків проходить за наступними етапами:

1. Стадія біосинтезу (утворення) антибіотика. Це основний біологічний етап складного процесу одержання антибіотичної речовини. Головне завдання на цій стадії – створення оптимальних умов для розвитку продуцента й максимально можливого біосинтезу антибіотика. Висока результативність стадії залежить від рівня біосинтетичної активності продуцента антибіотика, часу його максимального накопичення, складу поживних середовищ для культивування організму, у тому числі вмісту застосовуваних попередників, а також загальних енергетичних витрат на процеси, пов'язані з розвитком продуцента антибіотичної речовини.

2. Стадії попередньої обробки культуральної рідини, клітин (міцелію) мікроорганізму й фільтрації (відділення культуральної рідини від біомаси продуцента). Ефективність стадії багато в чому визначається складом середовища для вирощування продуцента антибіотика, характером його росту, місцем основного нагромадження біологічно активної речовини (у культуральній рідини або всередині клітини).

3. Стадії виділення й очищення антибіотика. На цій стадії, залежно від властивостей антибіотика, його хімічної будови й основного місця нагромадження антибіотичної речовини, застосовують різні методи виділення й очищення. У якості основних методів використовуються екстракція, осадження, сорбція на йонообмінних матеріалах, розпарювання, сушіння.

Особливість цієї технологічної стадії визначається тим, що на першій стадії мають справу з невеликою концентрацією (~1 %) антибіотика в оброблюваному розчині, тоді як на наступних етапах його концентрація збільшується до 20-30 %. Усе це вимагає застосування різних місткостей і об'ємів використовуваних реагентів.

4. Стадії одержання готової продукції, виготовлення лікарських форм, розфасовки. Особливість стадії обумовлюється дуже високими вимогами до якості кінцевого продукту. У випадку випуску антибіотиків, призначених для ін'єкцій, препарати повинні бути стерильними; одержання таких антибіотичних препаратів, готування різних лікарських форм, дозування (розфасовка) і пакування повинні здійснюватися в асептичних умовах.

Готовий антибіотик піддається ретельному контролю якості: біологічному й фармакологічному.

1. Під час біологічного контролю ставиться задача підтвердження стерильності готового препарату. Для цього зазвичай використовують два методи.

Перший пов'язаний з інактивацією антибіотика та висівом його у відповідне поживне середовище Наприклад, біологічний контроль бензилпеніциліну і напівсинтетичних препаратів, отриманих на його основі, проводиться в такий спосіб. У пробірки, що містять тіогліколеве середовище, вносять фермент пеніцилазу в кількості, що здатна повністю інактивовувати пеніцилін. Пробірки з пеніцилазой витримують дві – три доби за температури 37 °С для контролю стерильності ферменту, потім у них вносять розчин пеніциліну. Пробірки розділяють на дві групи: одну витримують за 37 °С, а іншу – за 24 °С протягом п'яти діб. Проводять щоденне спостереження за можливим розвитком мікроорганізму.

Другий метод з'ясування стерильності антибіотиків полягає у тому, що для більшості цих сполук не існує інактиваторів їх біологічної активності. Тому в досліджуваних препаратів виявляють стійкі до них форми мікроорганізмів, а також визначають можливу присутність чутливої мікрофлори. Для визначення можливої присутності в таких препаратах чутливої до них мікрофлори розчин антибіотика пропускають через мембранні фільтри з діаметром пор не більш 0,75 мкм.

2. До антибіотичних речовин, використовуваних у медичній практиці, відповідно до Державної Фармакопії України висуваються дуже суворі вимоги. Кожний новий лікарський препарат, перш ніж він буде дозволений до практичного застосування, повинен пройти всебічні випробування на токсичність, пірогеність і інші властивості, життєво важливі для організму. Препарат випробовують на різних видах тварин по відношенню до його гострої й хронічної токсичності (вплив на кров, ЦНС, дихання і т.д.). Показники гострої токсичності – один із критеріїв якості антибіотичної речовини. Встановлюють максимально допустиму дозу (МДД) антибіотика; дозу, що викликає загибель 50 % піддослідних тварин (LD₅₀) і смертельну дозу (LD₁₀₀). Тільки після всебічного й ретельного вивчення препарату він може бути рекомендований до практичного застосування.

Біотехнологічний процес одержання антибіотиків можна зобразити у вигляді наступної схеми:

Мал.1. Схема виробництва антибіотиків в процесі мікробіологічного синтезу.