Среды для культивирования микроорганизмов
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ВИТЕБСКАЯ ОРДЕНА “ЗНАК ПОЧЁТА” АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ
Кафедра микробиологии и вирусологии
РЕФЕРАТ
На тему: Технологические аспекты микробиологического производства антибиотиков
Выполнил:
Студент 4 группы 2 курса ФВМ ССПВО
Носков Денис Александрович
Руководитель: Зыбина
Ольга Юрьевна
Введение
Термин «антибиотик» был предложен в 1942 г. С.А. Ваксманом для обозначения веществ, образуемых микроорганизмами и обладающих антимикробным действием.
Впоследствии многие исследователи предлагали свои формулировки, вкладывая в них подчас слишком ограниченное содержание либо чрезмерно расширяя это понятие.
Наиболее удачным с теоретической точки зрения и отражающим современное состояние вопроса является определение, предложенное М.М. Шемякиным, А.С. Хохловым и др. (1961): «Антибиотическими веществами следует называть все продукты обмена любых организмов, способные избирательно подавлять или убивать микроорганизмы (бактерии, грибы, вирусы и др.)».
Близкую формулировку дают М. Герольд и др. (1966). В последнее время получил признание термин «противоопухолевый антибиотик», хотя он и не укладывается в рамки данного определения.
Практика медицины предъявляет к антибиотическим веществам следующие основные требования:
|
|
|
- отсутствие или низкий уровень токсичности препарата и продуктов его разрушения в организме;
- выраженный антимикробный эффект при минимальных концентрациях;
- медленное развитие устойчивости в процессе применения препарата;
- хорошая растворимость в воде, стабильность при обычных условиях хранения;
- оптимальные условия всасываемости, распределения и выделения, сохранение антимикробного действия в различных условиях среды физиологических жидкостей и тканей организма.
Повышение степени чистоты препаратов, освобождение от сопутствующих неактивных примесей, создание производных, обладающих новыми ценными для практики свойствами (растворимость, длительность действия), изготовление их в виде разнообразных лекарственных форм позволяют значительно расширить область применения антибиотиков и повысить их эффективность.
Антибиотики оказали огромное влияние на развитие современной медицины. Особое значение эти препараты имеют при лечении многих инфекционных заболеваний, которые в «доантибиотическую» эпоху относились к категории неизлечимых или сопровождались высоким уровнем смертности.
К таким заболеваниям относятся некоторые формы туберкулеза, чума, азиатская холера, бруцеллез, брюшной тиф, риккетсиозы, пневмонии, септические процессы.
|
|
|
Антибиотики неизмеримо расширили лечебные возможности в сложнейших областях хирургии. Резкое снижение смертности детей особенно раннего возраста, достигнутое за последние годы, в значительной мере связано с применением антибиотиков.
Общая характеристика антибиотиков
Термин «антибиотик» был предложен в 1942 г. С. А. Ваксманом для обозначения веществ, образуемых микроорганизмами и обладающих антимикробным действием. Впоследствии многие исследователи предлагали свои формулировки, вкладывая в них подчас слишком ограниченное содержание либо чрезмерно расширяя это понятие.
В настоящее время под антибиотиками понимают химиотерапевтические вещества, полученные из микроорганизмов или иных природных источников, а также их полусинтетические аналоги и производные, обладающие способностью избирательно подавлять в организме больного возбудителей заболеваний и (или) задерживать развитие злокачественных новообразований.
Антибиотики природного происхождения продуцируются различными группами микроорганизмов (чаще всего актиномицетами, реже бактериями), низшими растениями (дрожжами, водорослями, плесневыми грибами, высшими грибами), высшими растениями и животными организмами.
|
|
|
Особенности получения антибиотиков
Процесс получения антибиотика включает в себя следующие основные стадии:
1. получение соответствующего штамма -- продуцента антибиотика, пригодного для промышленного производства;
2. биосинтез антибиотика;
3. выделение и очистка антибиотика;
4. концентрирование, стабилизация антибиотика и получение готового продукта.
Первая задача при поиске продуцентов антибиотиков - выделение их из природных источников. Биосинтез антибиотиков - наследственная особенность организмов, проявляющаяся в том, что каждый вид (штамм) способен образовывать один или несколько вполне определенных, строго специфичных для него антибиотических веществ.
В одних условиях организм образует антибиотик, в других условиях тот же организм при хорошем росте не будет обладать способностью синтезировать антибиотическое вещество. Образование антибиотиков будет происходить только при развитии организма в специфической среде и при наличии особых внешних условий. Путем изменения условий культивирования можно получить больший или меньший выход антибиотика, или создать условия, при которых антибиотик вообще не будет образовываться. Можно также путем изменения условий культивирования продуцента добиться преимущественного биосинтеза одного из антибиотиков, при условии образования изучаемым организмом нескольких антибиотических веществ, или же получить новые формы антибиотиков, но только в пределах тех соединений, которые способны синтезироваться этим организмом.
|
|
|
К числу наиболее существенных факторов, оказывающих влияние на проявление антибиотических свойств микроорганизмов, относятся состав среды, ее активная кислотность, окислительно-восстановительные условия, температура культивирования, методы совместного выращивания двух или большего числа микроорганизмов и другие факторы.
Среды для культивирования микроорганизмов
Натуральные среды, состоящие из природных соединений и имеющие неопределенный химический состав, содержат все компоненты, необходимые для роста и развития микроорганизмов большинства видов. Используются следующие среды:
- мясопептонная среда, в состав которой одновременно с мясным экстрактом и пептоном входят хлорид натрия, фосфат калия, иногда глюкоза или сахароза; используется обычно в лабораторной практике.
- картофельные среды с глюкозой и пептоном, часто используемые в лаборатории для культивирования многих видов актиномицетов и бактерий;
- среды с кукурузным экстрактом, соевой мукой, бардой и другими веществами, в состав которых входят сульфат аммония, карбонат кальция, фосфаты, глюкоза, сахароза, лактоза или иные углеводы и ряд других соединений; среды успешно применяются в промышленности, т. к. являются дешевыми и обеспечивают хорошее развитие микроорганизмов с высоким выходом антибиотиков.
Поскольку натуральные среды не позволяют получать строгие количественные данные для изучения физиологических и биохимических особенностей организма, применяют синтетические среды, которые подбирают для отдельных продуцентов индивидуально.
Источниками углерода могут быть органические кислоты, спирты, углеводы, сочетания различных углеродсодержащих соединений. При промышленном получении ряда антибиотиков в качестве источников углерода нередко применяют картофельный крахмал, кукурузную муку или другие растительные материалы.
Источники азота оказывают большое влияние на образование микроорганизмами антибиотических веществ. Обычно в средах для культивирования микроорганизмов источником азота служат соли азотной (реже азотистой) кислоты, аммонийные соли органических и неорганических кислот, аминокислоты, белки и продукты их гидролиза.
Источниками минерального питания служат фосфор, сера и другие макро- и микроэлементы.
Продуценты антибиотиков по отношению к концентрации фосфора в среде можно разделить на три группы:
- высокочувствительные продуценты, для которых оптимальная концентрация фосфора в среде составляет менее 0,01 % (продуценты нистатина, тетрациклинов, флоримицина, ванкомицина);
- продуценты средней чувствительности, для которых оптимальная концентрация фосфора составляет 0,010-0,015 % (продуценты стрептомицина, эритромицина, циклосерина, неомицина);
- малочувствительные продуценты, для которых оптимальная концентрация фосфора составляет 0,018-0,020 % (продуценты новобиоцина, грамицидина, олеандомицина).
Сера входит в состав некоторых антибиотиков, образуемых грибами, бактериями и актиномицетами. Обычно источником серы в среде служат сульфаты. Однако при биосинтезе пенициллина лучшим источником серы для продуцента служит тиосульфат натрия.
Кроме того, для биосинтеза антибиотиков необходимы и отдельные микроэлементы.
Железо необходимо для образования хлорамфеникола и других антибиотиков.
Биосинтезу ряда антибиотических веществ способствуют ионы цинка.
Стимулирующее влияние на биосинтез гентамицина, курамицина А, фософономицина оказывают ионы кобальта.
Ионы галогенов входят в состав некоторых тетрациклиновых антибиотиков и хлорамфеникола.
Влияние рН среды
Многие бактериальные организмы, синтезирующие антибиотики, лучше развиваются при рН около 7,0, хотя некоторые, например молочнокислые стрептококки, продуцирующие низин, лучше развиваются в среде при рН = 5,5ч6,0. Большинство актиномицетов хорошо развиваются при начальных значениях рН среды в пределах от 6,7 до 7,8; в большинстве случаев жизнеспособность актиномицетов при рН ниже 4,0-4,5 подавлена.
Температура
Для большинства бактериальных организмов температурный оптимум развития лежит в диапазоне 30-37 °С. Для продуцента грамицидина С оптимальная температура для развития и биосинтеза равна 40 °С.
Актиномицеты, как правило, культивируются при температуре 26-30°С, хотя некоторые виды стрептомицетов могут развиваться как при пониженных (от 0 до 18 °С), так и при повышенных (55-60 °С) температурах.
Аэрация
Большинство изученных продуцентов антибиотиков являются аэробами. Для биосинтеза многих антибиотиков (пенициллин, стрептомицин и др.) максимальное их накопление происходит при степени аэрации, равной единице, при которой через определенный объем среды за 1 мин продувается такой же объем воздуха.
В процессе развития продуцента антибиотика в промышленных условиях потребность организма в кислороде меняется в зависимости от стадии развития, вязкости культуральной жидкости и других факторов. На определенных стадиях могут возникнуть ситуации, связанные с кислородным голоданием продуцента. В этих условиях следует принимать дополнительные меры, например, повышение концентрации окислителя добавлением пероксида водорода.
Наиболее перспективным методом выращивания микроорганизмов - продуцентов антибиотиков признан метод глубинного культивирования с использованием периодических процессов. В условиях глубинной культуры процесс развития организма и синтеза антибиотика проходит в две фазы.
В первой фазе развития культуры или, как ее иногда называют, тропофазе, наблюдается интенсивное накопление биомассы продуцента, связанное с быстрым потреблением основных компонентов среды и с высоким уровнем поглощения кислорода.
Во второй фазе развития, именуемой идиофазой, накопление биомассы замедлено или даже уменьшено. В этот период продукты метаболизма микроорганизма лишь частично используются на построение клеточного материала, они в основном направляются на биосинтез антибиотика.
Обычно максимум продукции антибиотика в среде наступает после максимума накопления биомассы. Подробное описание технологического процесса на примере производства пенициллина приведено в следующей главе.
Вывод
В целях совершенствования лекарственных форм с антибиотиками общим мероприятием является: обязательное наличие асептического блока, подвергающегося бактерицидному облучению с помощью бактерицидных экранированных и неэкранированных ламп; наличие определенного ассортимента средств малой механизации, необходимых для получения стерильных мазевых основ, фильтрации, фасовки и укупорки.
Для водных растворов антибиотиков должны быть подобраны соответствующие буферные растворы, обусловливающие оптимальное рН в каждом конкретном случае. По данным литературы, необходимо в ряде случаев исключать стадию фильтрования растворов с антибиотиками, сопровождающуюся сильным адсорбционным эффектом.
Лекарственные формы с антибиотиками оценивают так же, как и другие лекарственные формы, то есть проверяют правильность документации, упаковку (укупорку); органолептический контроль (цвет, запах, наличие осадка); отсутствие механических примесей (жидкие лекарства), отклонение в объеме или массе, однородность смешивания (порошки, мази), температуру плавления, время полной деформации (суппозитории).
Хранение лекарственных форм с антибиотиками основывается, прежде всего, на физико-химических свойствах каждого антибиотика в отдельности. Так, например, водные растворы полимиксина М сульфата хранят в течение 7 дней при температуре 4--10 °C. Грамицидин в водном растворе хранится не более 3 дней, в то время как в спиртовых и жировых растворах он не инактивируется долгое время.
Общим требованием к хранению лекарственных форм с антибиотиками является температура в условиях холодильника, защищенное от света место, рН среды. В буферном растворе с рН=6,5 устойчивость солей бензилпенициллина повышается до 15--20 дней при температуре до +5 °C.
Среди существующих лекарственных форм антибиотиков наиболее оптимальной является суппозитории. Перспективность этой лекарственной формы становится еще более очевидной, если учесть, что многие лекарственные вещества инактивируются пищеварительными соками (ферменты, гормоны, антибиотики), а некоторые лекарственные вещества травмируют ЖКТ и печень.
В ряде случаев лекарственные вещества, введенные в виде суппозиториев, поступают в кровь быстрее, чем при подкожном введении, и оказывают терапевтический эффект в меньших дозах.
Организация технологического процесса синтеза лекарственных форм с антибиотиками, играет существенную роль в эффективности данного препарата, в той или иной лекарственной форме и его биодоступности. Поэтому очень важно производить все технологические процессы связанные с производством лекарственных средств по международным правилам GMP, что позволяет снижать затраты на сырье, вспомогательные материалы и энергетические ресурсы, и повысить качество изготавливаемой продукции.
В последнее время ведется разработка новых лекарственных форм с антибиотиками, которые позволяют снизить побочное действие (уменьшение количества побочных эффектов при местном применении в отличии от резорбтивного).
Поэтому очень важно, при лечении той или иной инфекции, врачу грамотно подобрать лекарственную форму с антибиотиками, чтобы повысить эффективность лечения и снизить вероятность побочных эффектов данного препарата.
Список использованной литературы
1. ГОСТ Р 52249-04 Правила производства и контроля качества лекарственных средств (GMP).
2. Граковская JI.К., Шилова С.В., Мотина Г.T. Выбор лекарственной формы антибиотиков // Фармация, 2000, №2, С. 17-20
3. Езерский M. Антибиотики // Химико-фармацевтический журнал, 1970, № 7, С.6-13
4. Ермаков А.Д. Антибиотики // Российский медицинский журнал, 2003, том 3, №7, С.10-12
5. Навашин С.М., Бринберг C.Л, Былинкина Е.С. Производство антибиотиков
6. Никулыпина М.И., Назаров А.В. Организация производства лекарственных средств // Химико-фармацевтический журнал, 1991, №2, С.12-15
7. ОСТ 42-510-98 Правила организации производства и контроля качества лекарственных средств (GMP).
8. Федорова Е.В., Никитин К.П. Антибиотики в различных лекарственных формах // Химико-фармацевтический журнал, 1995, №3, С. 19-21.
9. Шмалько Т.А. За основу технического регламента производства антибиотиков взяты правила GMP Евросоюза // Фармацевтический вестник. 2000. № 49. С. 3-4.
10. Навашин С.М., Фомина И.П. Рациональная антибиотикотерапия. - М.: Медицина - 1982 г.-496 с.
Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 26; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!