MIKROORGANIZMY W PRODUKCJI KOSMETYKÓW I WYBRANYCH FARMACEUTYKÓW. wykłady

Transkrypt

1 MIKROORGANIZMY W PRODUKCJI KOSMETYKÓW I WYBRANYCH FARMACEUTYKÓW wykłady 1

2 BIOTECHNOLOGIA ANTYBIOTYKÓW

3 1928 r. A. Fleming penicylina ANTYBIOTYKI r. S. A. Waksman aktynomycyna streptomycyna Antybiotyki są drobnocząsteczkowymi substancjami naturalnymi, najczęściej pochodzenia drobnoustrojowego lub ich półsyntetycznymi modyfikacjami albo syntetycznymi analogami, które w małym stężeniu działają wybiórczo na struktury i procesy biologiczne, hamując wzrost lub rozmnażanie komórek

4 pochodne aminokwasów Β-laktamowe penicyliny, cefalosporyny polipeptydowe bacytracyna glikopeptydowe dyspeptydowe lipopeptydowe pochodne cukrów aminoglikozydy - streptomycyna glikolipidy antybiotyki makrocykliczne makrolidy właściwe - erytromycyna makrolidy polienowe - nystatyna ansamycyny chinony i ich pochodne antracykliny tetracykliny banzochinony inne antybiotyki pochodne cykloalkanów nukleozydy polieteny związki aromatyczne związki fosfoorganiczne związki steroidowe KLASY ANTYBIOTYKÓW

5 MECHANIZMY DZIAŁANIA ANTYBIOTYKÓW hamujące syntezę ściany komórkowej hamujące syntezę białek w rybosomach wpływające na procesy energetyczne hamujące syntezę kwasów nukleinowych hamujące transport przez błony biologiczne penicyliny cefalosporyny tetracykliny aminoglikozydy chloramfenikol gramicydyny oligomycyna mitomycyna daktynomycyna antybiotyki polienowe

6 ZAKRES DZIAŁANIA ANTYBIOTYKÓW przeciwbakteryjna penicyliny, cefalosporyny, aminoglikozydy przeciwgrzybiczna amfoterycyna, nystatyna, pimarycyna przeciwwirusowa alanozyna, ryfamycyna przeciwnowotworowa immunosupresyjna przeciwrobacza przeciwpierwotniakowa insektycydowa herbicydowa aktynomycyna, belomycyna, cyklosporyna A awermektyna lasalocid, monenzyna tetranaktyna bialafos

7 PRODUCENCI ANTYBIOTYKÓW

8 PROMIENIOWCE

9 STREPTOMYCES Gram-dodatnie bakterie tlenowe, bytujące w glebie Budowa nitkowata, przypominająca budowę grzybów strzępkowych Strzępki mogą tworzyd pseudogrzybnię (powierzchniową, wgłębną lub powietrzną) Strzępki mniejsze, o mniej zróżnicowanej budowie niż u grzybów Tworzą filamenty o średnicy 0,5-1,0 μm pozbawione ścian poprzecznych

10 CYKL ROZWOJOWY PROMIENIOWCÓW

11 GENOM STREPTOMYCES genomy w formie liniowych chromosomów wysoka zawartośd cytozyny i guaniny (69-73%) alternatywa dla E. coli, B. subtilis w produkcji białek rekombinowanych wykorzystanie szczepów promieniowców (S. coelicolor, S. avermitilis) jako organizmów modelowych

12 PRODUKCJA ANTYBIOTYKÓW PRZEZ STREPTOMYCES nie są wytwarzane przez młode kolonie najczęściej produkcja indukowana jest przez sygnał głodu (pojawienie się napowietrznych strzępek) podłoże produkcyjne zawiera: glukozę, mąkę sojową, wywar gorzelniany, sole mineralne Warunki procesu: ph = 6,0, temperatura C niedobór fosforanów eliminuje powstawanie fosforanu streptomycyny

13 PRODUKCJA STREPTOMYCYNY

14 REGULACJA BIOSYNTEZY STREPTOMYCYNY

15 CHLOROTETRACYKLINA Streptomyces aureofaciens stosowany głównie miejscowo w zakażeniach ropnych skóry, spojówek i rogówki, jako środek odkażający hamuje syntezę białek bakteryjnych stabilny w kwaśnym środowisku okres półtrwania 6-11 h

16 TERTACYKLINY

17 CHLORAMFENIKOL 1947 r. Streptomyces venezuelae okres półtrwania 5 h trudno rozpuszczalny w wodzie toksyczny uszkadza szpik kostny właściwości immunosupresyjne mechanizm hamowania syntezy białek bakteryjnych: wiązanie się z podjednostką 50S rybosomu blokowaniu peptydotransferazy uniemożliwianie uwalniania się zsyntetyzowanego oligopeptydu z kompleksu z rybosomu

18 ERYTROMYCYNA 1952 r. Streptomyces erythreus hamuje syntezę białka poprzez wiązanie trna spektrum działania podobne do penicyliny okres półtrwania 1,5 h

19 ANTYBIOTYKI MAKROLIDOWE

20 STREPTOMYCYNA 1943 r. Streptomyces griseus wąski zakres działania na niektóre bakterie G- (prątki gruźlicy) silnie toksyczny zaburzenia słuchu, równowagi, zapalenia nerwu wzrokowego, zaburzenia widzenia, reakcje uczuleniowe)

21 NEOMYCYNA 1949 r. Streptomyces fradiae stosowany zewnętrznie wiąże się nieodwracalnie z miejscem A rybosomu toksyczny

22 KANAMYCYNA Streptomyces kanamyceticus okres półtrwania 2-3 h wysoka toksycznośd używany zewnętrznie

23 ANTYBIOTYKI AMINOGLIKOZYDOWE

24 BAKTERIE PRZETRWALNIKUJĄCE Bacillus sp. gramdodatnie tlenowce, przetrwalnikujące niski udział zasad GC w genomie wytwarzają liczne antybiotyki peptydowe producenci enzymów przemysłowych

25 BIOSYNTEZA ANTYBIOTYKÓW A SPORULACJA biosynteza antybiotyków jest związana z cyklem rozwojowym i sporulacją genetyczne sprzężenie biosyntezy antybiotyków i sporulacji obserwuje się we wczesnym etapie sporogenezy antybiotyki peptydowe mogą pełnid funkcje: efektorów procesu sporulacji inhibitorów lub aktywatorów metabolicznych podczas fazy spoczynkowej i kiełkowania spor ochraniająca spory podczas kiełkowania

26 ANTYBIOTYKI PEPTYDOWE PRODUKOWANE PRZEZ BACILLUS SP.

27 Podłoże posiewowe: liofilizowane komórki przetrwalników temp C intensywne napowietrzanie i mieszanie hodowla kilkanaście godzin PRODUKCJA BACYTRACYNY Składniki podłoża: skrobia ziemniaczana, sacharoza mąka sojowa, wyciąg mięsny, sole mineralne aminokwasy Inokulum Podłoże produkcyjne: komórki wegetatywne pod koniec fazy log temp C intensywne napowietrzanie i mieszanie czas produkcji ok. 48 h oczyszczanie węglem aktywnych zatężanie na wyparce wytrącanie w postaci soli kationami (II) Wydzielanie produktu: filtracja ekstrakcja butanolem, propanolem chromatografia jonowymienna

28 ANTYBIOTYKI POLIPEPTYDOWE

29 LANTYBIOTYKI antybiotyki peptydowe zawierające lantioninę, oraz inne nietypowe aminokwasy (dehydroalanina, kwas erytro-3-hydroksyasparaginowy) Bacillus sp.: subtylina mersacydyna

30 PODZIAŁ LANTYBIOTYKÓW

31 SUBTYLINA 1944 r. Bacillus subtilis podobna do nizyny cecha charakterystyczna, to aktywnośd antybakteryjna w stosunku do: komórek wegetatywnych endospor (uniemożliwia ich kiełkowanie) trwałośd 12 h konserwant żywności srodek leczniczy w terapii zespołu suchego oka (2002)

32 MERSACYDYNA producentem jest Bacillus Jest najmniejszym antybiotykiem jest hydrofobowa nie jest obdarzona ładunkiem elektrycznym hamuje biosyntezę peptydoglikanu

33 GRZYBY STRZĘPKOWE

34 ACREMONIUM dawniej Cefalosporium patogeny zwierząt i człowieka, mogą powodowad: grzybicę paznokci zapalenie rogówki oka grzybice mandurska zapalenia: struktur wewnętrznych oka, opon mózgowo-rdzeniowych, otrzewnej, kości zakres temperatur C w przemyśle wykorzystywany Acremonium chrysogenum (Cefalosporium chrysogenum)

35 CYKL ROZWOJOWY ACREMONIUM

36 REGULACJA BIOSYNTEZY CEFALOSPORYNY regulacja kataboliczna glukoza wzrost grzybni, antybiotyk nie jest produkowany glukoza + sacharoza wzrost grzybni, po wyczerpaniu glukozy, gdy źródłem węgla zostaje sacharoza następuje biosynteza antybiotyku podobnie jak glukoza działa jon amonowy duże stężenie fosforanów również niekorzystnie wpływa na biosyntezę indukcja substratowa korzystnie wpływa dodatek metioniny i cysteiny

37 CEFALOSPORYNA C 1956 r. Cefalosporium acremonium niska aktywnośd antybakteryjna bezpośredni prekursor izopenicylina N produkcja w procesie 2 etapowym (4-5 dni): 1 etap trwa 2, 3 dni - intensywny wzrost grzybni nitkowatej 2 etap w 4, 5 dni biosynteza cefalosporyny C następuje w momencie fragmentacji grzybni i tworzenia artrospor

38 PRODUKCJA CEFALOSPORYNY C

39 PREKURSORY CEFALOSPORYN PÓŁSYNTETYCZNYCH kwas 7-aminocefalosporanowy (7-AC) hydroliza wiązania amidowego kwas 7-amino-3-deacetoksycefalosporanowy (7-ADC) otrzymywany z penicylin na drodze hydrolizy lub transformacji chemicznoenzymatycznej cefamycyna C analog cefalosporyn

40 CEFALOSPORYNY PÓŁSYNTETYCZNE