Курстық жұмыс: Биотехнология | Азықтық антибиотиктер

Кіріспе
1. Жасушалы құрылыстың иерархиясы
2. Ферментерлардағы араластыру және аэрация есебі және жобалау
3. Культивирлеу процесінің жылулық есебі
4. Ұсақтауға арналған қондырғы
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Хлортетрациклиннің продуценттері

Хлотетерациклин продуценті №12 ВНИИА жүгері ортасында өсіледі. Көрсетілген жүгері қоректік ортасын культураның 5 типтік коланнасын байқауға болады. Калоннаның бірінші типі тегіс, жалпақ немесе әлсіз қатпарланған болады. Кепкен мицелий жасыл-қоңырлау. Субстрат мицелиі қоңыр болады. Калоннаның екінші типі тегіс қатпарланған. Ауда кептірілген мицелий әлсіз дамиды, жылтыр субстрат мицелиі қоңыр болады. Калоннаның үшінші типі тегіс және жалпақ. Ауада кептірілген мицелий ақшыл сұрғылт көк дақтары ьолады. Субстрат мицелиі ашық қоңыр болады. Калоннаның төртінші типі жалпақ сәл ғана қатпарланған. Ауадағы мицелий жылтыры әлсіз дамыған. Калоннаның бесінші типі тегіс және жалпақ. Субстрат мицелиі ашық қоңыр. Ауада кептіргіш мицелиі жақсы дамыған. Калоннаны жасыл қоңыр түсі толығымен жаппайды. Мицелий субстарты ашық қоңыр. Калоннаның барлық типтері еріген дақтармен пайда болмайды. Популяциядағы көп санды (84-98%) және активтілігі жоғары, бірінші типтегі колонна болып саналады.
Жалпы популяцияның активтілігіне антибиотиктің деңгейі кең аумақта 10-125% дейінгі аралық аумағы ауытқып отырады.
Хлотетерациклин продуценті лиофильді кептірілген түрде бидай
(1 жылдан кем емес), жүгеріні 1 жылға дейін сақтауға болады, температурасы 5ºС 6-айда сақтайды.
Антибиотик продуценті-микроорганизм
Антибмотиктердің көпшілігін биосинтездеу арқылы алады. Онда актиномицеттер, саңырауқұлақтар және бактериялардың микроорганизмдері қолданылады. Бағалы антибиотиктердің көпшілігі актиномицет культурасынан алынады.
Антибиотиктер табиғатта кең таралған. Actinomycetales актиномицет-продуцентінің қазіргі кезде 20 жуық түрі белгілі. Соңғы уақытта Actinomycetales түріндегі актиномицеттерден басқа да антибиотик продуценттері табылады. Оларға: Micromonospora (гентамицин продуценті), Chainia (абурамицин продуценті) және т.б. жатады.
Актиномицеттерді көптеген табиғи субстраттарынан кездестіруге болады. Олар аэробты және микроаэрафиьді болып келеді. Олардың оптимальды температурасы 25-30°С. Сонымен бірге термофильді актиномицеттерде бар. Бірақ олар 60°С жоғары температурада өсіп дамиды. Актиномицеттердің көпшілігі рН 6,8-7,5 өседі.
Сәулелі саңырауқұлақтардың құрылысы зең саңырауқұлақтарының құрылысын ұқсайды. Олар агарлы ортада өседі де коллоналар түзеді: субстратты мицелий жуан жібшелі гибтер бөлек жиналады. Субстратты мицелиде (біріншілік) ереже бойынша онда ауалы мицелилер өседі. Онда спора түзілу процесі жүреді (Candida).
Актиномицет споралары тік, иректелген және спираль тәрізді болады да, ауа мицелиясын моноподиалді, симподиальды, дихотоминді орналасады. Актиномицет колоналары-тығыз болады. Гиф мицелиясы субстраттың ені 0,3-0,8 мм, ауада 1,4 мк дейін болады. Ауа мицелиясы кейде колоналардың бетін тегіс жаппайды және мүлдем болмауы да мүмкін. Актиномицеттерден пайда болған еріген пигменттерді мицелияны бояу әртүрлі болуы мүмкін. Олар споралар сияқты вегатативті және жыныссық жолмен көбейеді. Актиномицеттерді жынысты жолмен көбейту әлі дәлелденбеген. Споралар фрагментация жолымен формаланады.
Спораладың формалары шар, цилиндр тәрізді және т.б. болады. Спораларды электрондық микроскоптордың көмегімен зерттегенде олардың қабықшалары жұмсақ, шашақ тәрізді болып келетіні байқалады. Қатты қоректік ортаны зең саңырауқұлақтарының өсуі және қыздырғанда споралардың сезімталдылығы актиномицеттердің құрылысына ұқсас болып келеді.
Таяқшалардың түрлері
Актиномицет споралары саңырауқұлақтар споралары сияқты (Candida) көбейеді және қолайсыз түрін сақтап қалмайды. Бактерия актиномицеттің қатысуымен өрнектелген ядроға жақындайды және клетка қабырғасының химиялық құрамы, клетканың размері, антибактериялды антибиотиктің сезімталдылығ артады. Бұл жағдайда актиномицеттер зең саңырауқұлақтары мен таза бактерияның арасында тұратын ағза тобын құрайды.
Клиникада қолданылатын антибиотик бактерия продуцентінің Bacillaceae ортасы алынады. Бұл топқа жататын ағзалардың бүршіктенуі әртүрлі географиялық зонада, яғни жануарлар мен өсімдік қалдықтарында, суда жәнек ауада кең орын алған. Олар спора түзуші, грамм оң таяқшаларына жатады. Агарлы ортада өсіргенде түссізденеді немесе беткі жағы қабатталған, боялған колоналар түзеді. сұйық ортада тұнба және пленка түзеді. клетканың ені 0,5 тен 1,2 мк құрайды. Ал, ұзындығы культураның жасымен өсіруге арналған орта жағдайына байланысты болады. Оларда өрнектелген ядро болмайды. Клеткаға қолайсыз жағдай туғанда бір-біреулеп спора түзеді. споралар ортасында немесе бір клетканың соңында (терминальды орналасқанда) орналасады. Бацилла споралары антисептің әрекетіне тұрақты болып келеді. Бациллаларды ұнтақтау арқылы көбейтуге болады. Бацилді орта аэробты және анаэробты болуы мүкін. Дамудың оптимальды температурасы 25°С, рН 6,8-7,2.

Маңызды антибиотиктердің ашылу жылдары

Антибиотик жылы Антибитик жылы
Бензилпенициллин 1928
1939-1941 Олеандомицин 1954
Гризеофульвин 1939 Новомоцин 1955
Тиротрицин 1939 Цефалоспорин С 1955
Актиномицин 1941 Ванкомицин 1955
Грамицидин С 1943 Циклосерин 1952
Стептомицин 1943-1944 Амфоратерицин В 1955
Бацитрацин 1945 Ристомицин 1956
Дигидрострептомицин 1946-1948 Канамицин 1955
Полимиксин 1947 Деметилхлортетрациклин 1957
Хлорамфеникол 1945-1947 Ролитетрациклин 1958
Прокаинпенициллин 1948 Паромомицин 1959
Неомицин 1949 Рифамицины 1957
Хлортетрациклин 1945-1948 Фенетициллин 1960
Окситетрациклин 1949-1950 Метициллин 1960
Виомицин 1946-1950 Пропицилин 1961
Нистатин 1950-1951 Ампициллин 1961
Эритромицитин 1952 Фузидин 1961
Карбомицин 1952 Оксацеллин 1962
Трихомицин 1952 Клоксациллин 1962
Бензатинпенициллин 1952 Цефалотин 1962
Тетрациклин 1953 Линкомицин 1962
Феноксиметилпенициллин 1953 Капреомицин 1962
Спирамицин 1951-1954 Гентамицин 1963
Цефалоспорин 1954 Цефалоридин 1964
Дикрлосациллин 1964

Саңырауқұлақтарда бағалы антибиотиктер продуцентінің тобына Fungi imperfecti кіреді. Актиномицеттер мен бактериялар сияқты, саңырауқұлақтар табиғатта кең таралған. Агарлы ортада өсіргенде бірінші колонна түзіледі. Субстраттан тұратын ауа мицелиясы және қоздырғышқа эффективті қатынасы мынадай антибиотиктен (макролид, новобицин, ванкомицин, ристоцетин, циклосерин, канамицин) тұрады. Бұл препараттардың әрқайсысы өндірісте пиницилин мен стрептомицинге жетпейді. Бірақ жалпы препараттың шығуы әлемге танымал.
Антибиотиктер өндірісі қысқа мерзім ішінде ғалымдар мен өндіріс жұмысшыларын бірігуімен ашылды. Соңғы жылдары үлкен зауыттар салынды. Олар үлкен масштабта және жоғарғы сапада антибиотик заттарын шығара бастады. Жалпы антибиотик өндірісінің көлемі жағынан әлемде біздің еліміз екінші орын алады. Кейбір препараттар клиникалық тексергенде жақсы деп табылды.
Денсаулық сақтау ғылымы мен айналысатындарға және антибиотик өндірісіне практикада жаңа тапсырмалар берді. Ол-бірінші препараттың сапасын жоғарлату және халықаралық стандартқа сай талаптарды қанғаттандыруы тиіс.

Ферментация негіздері

Антибиотикке арналған ферментацияны белгілі шартта микроорганизм продуценті культивирлеу процессін антибиотик түзуге қабілетті және биосинтезді айтады.
Өндірісте түптік ферментация әдісі қолданады, мұнда қоректік ортада барлық көлемді толырып микроорганизм продуцентін өсіреді.
Химиялық табиғатына қарай антибиотиктер әртүрлі болып келеді. Микроорганизм алмасу процесінде әртүрлі антибиотиктер әртүрлі роль ойнайды. Пенецилин аминқышқылы метаболизммен тығыз байланысты және азотты алмастыруды өнімі болып табылады. СТ пептомилициннің түзілуі акциномицеттегі алмастырғыш көміртегімен тығыз байланысты. Себебі птомицин молекуласын негізгі бөлігін стрептобиозоалиннің өздігінен түзілетін, дисахарит болып табылады. Антибиотик пелипеді майлар метобализімнің өнімі болып табылады. Сол себепті, барлық антибиотиктердің биосинтезі үшін жалпы оптимальді шартты табу мүмкін емес. Антибиотиктің микроорганизм продуцентінің өміршендік процессі белгілі даму цикілінда жүреді. Мұнда мицели құрылымының марфалогиясы өзгеріске ұшырайды, заттар алмасады және әртүрлі ферментация периоды айналады, шарттармен талабтарға байланысты өзгеруі мүмкін.

Микроорганизм продуцентінің қоректенуі және қоректік ортаның құрамы

Микроорганизмдердің өсуі үшін көміртегі, азот, сутегі, оттегі және минералды заттар оның ішінде ең үлкен мәнге ие фосфор, күкір, калий, натрий, магний, темір және т.б. өте қажет. Антибиотиктің микроорганизмнің продуценті элементарлы көміртекпен газ түзуші азоттарды қабылдамайды. Олар әртүрлі қосылыстағы элементтерді қолданады. Мысалы, көміртегі органикалық қосылыстардан алынады, ал азот органикалық және биорганикалық қосылыстарда қолданылады. Сутегімен оттегі жасушаға су ретінде кіреді. Ал оттегі молекулярлы түрде енеді, қоректік заттар құрылымына арналған материал ретінде ғана қолданады. Сонымен қатар өміршендік процесіне арналған энергия көзі болып табылады. Микроорагнизм культурасында өсумен дамуында және антибиотик биосинтезінде барлқ элементтерін өзіндік формасы үлкен мәнге ие. Мысалы, көміртектін қоректену көзі ретінде көміртек үлкен мәнге ие. Әртүрлі продуценттер және бір түрден шығарылған әртүрлі штаммдар көміртектерге жатады. Бұл қатынастар біріншіден көміртекті тұтыну жылдамдығымен екіншіден антибиотик биосинтезіне көміртектердің әсер етуімен анықталады. Барлық микроорганизмен тез қоректенетін глюкоза, бірақ та пенецилин, тетрациклин, неомицин продуценттері глюкоза ортасында биосинтез интенсивтілігін бірден төмендетеді. Кейбір микроорганизмдер дисахаридімен қоректенбеиді. Сонымен қатар крахмалды қолданады.
Продуценттердің әртүрлі сатыда дамуы, кейде ортаның құрамындағы көміртектегі тез және жай тұтынуына байланысты. Мысалы, пенецилиндегі лактоза глюкозамен сәйкес келеді. Ал кейбір стрептомицин продуцентінің штамдарына глюкоза мен крахмалды енгізеді.
Жеткілікті аэрация барысында барлық көміртектер қышқылдану жолмен тұтынады, метобализмнің сонғы өнімі көміртек қышқыл газы мен су болып табылады. Қышқылдану процессі аралық өнімнің қатарын құрау жолының жүзеге асырылады. Аралық өнімнің шығынының жиналуы жеткіліксіз, аэрация барысында жүзеге асырылады. Сілтілі ортада пенецилин биосинтез барсында шабельді қышқыл жиналады. Ал фосфор шығыны антибиотик тетрациклин продуцентінің культурасында кето қышқылдың жиналуына алып келеді. Көміртектен басқа энергиямен көміртектін көзі майлар б.т. Оларды көбік сөндіргіші ретінде ортаға қосқан кезде қосымша қоректік заттарда б.т. Окси тетрациклин және стрептамицин пеницилин продуценттері үшін майлар энергия және көміртек ретінде пайдаланады. Соның нәтижесінде антибиотик биосинтезінің денгейі төмендетілмейді. Майларды қолдану, тұтыну май қышқылымен глицириннің еруіне алып келеді. Сонғылары вэтта қышқылының жолымен қышқылданады. Кейіннен қышқылдың процесі сонына дейін жүреді, яғни көмірқышқыл газымен судың түзіілу ортадағы майлардың май қышқылына айналуы т.б. Майларды ортаға қосу барысында әдетте рН деңгейінің төмендеуі байқалады.
Майлармен көміртектерден басқа көміртек көзі ретінде органикалық қышқылдар және спиртер үлкен мәнге ие. Органикалық қышқылды жүгері экстрактының құрамына кейбір орталарға әдейі қослады. Барлық жағдайда қоректік ортада қышқылдар ортада тұз күйінде болады және органикалық тұз қышқылын қолданады, ортада катион ретінде қолданады да сілтілену процесі жүреді. Антибиотик продуценті үшін негізгі азот көзі күрделі органикалық заттар болып табалады. Оның құрамына азот, ақуыз түрінде немесе ақуық гидролизінің өнімі, аминқышқылдарымен колипептидтің қоспасы ретінде иеленеді. Ақуызды заттардың ішінде аминқышқыл өндірісінде соялы ұн, ал ақуыз гидролизатының жүгері экстрактысы қолданады. Бұл заттар бір уақытта минералды элементтер көзі б.т. Органикалық азот қосудағы көміртегінің құрылысы үлкен мәнге ие. Микроорганизмдер минералды азотпен өсу барысында әртүрлі химиялық құрылыстар ақуыз түзілу үшін және басқа жасушаларды құрайды. антибиотик продуценті үшін қолданылатын оратға ереже бойынша, азоттың органикалық қосылысының көзінің басқа нейтрат немесе амионий тұзының пішіні ретінде минералды азоттар енгізеді. Бірден азот құрылған пішінде, ал екіншіден қышқылды түрде болады. Бірақ бұл азоттардың антибиотик биосинтезіне әсеретуі олардың тұтыну жылдамдығымен анықталмайды, микроорганизм шатамының және кейбір түрледі. Биосинтез процесін күшейтеді. Бұл ортадағы активті қышқылдың өзгеруімен тығыз байланысты. Сонымен ортада нейтратты қолданатын кезде тұздардың катионы қалады да орта сілтіленеді, ал амонидің тұтыну барыснда қышөыл анионы қалады да орта қышқылданады. Антибиотиктің түзілуімен микроорганизм өсуі үшін көптеген минералды элементтер қажет. Метал емес элементтредің ішінде фосформен күкірт қолданады. Олар нуклеопротейд түріндн енеді. Сонмен қатар фосфордың қосылысы жасуша метобализінде әртүрлі роль ойнайды. Ал металды иондардың ішінде калий, магний, ферум, цинк, мырыш және т.б. микроэлеметтер қажет. Олар микроорганизмдердің өсуімен дмуына жағдай жасайды микроэлементтер кейбір ферменттер және ферментті жүйелі құрамына кіреді. Концентрацияны белгілі деңгейде жоғарлат барысында олар токсикалық әсер етеді. Кей жағдайда антибиотиктердің түзілуімен микроорганизм өсіп дамуына минералды элементтер концентрациясы сәйкес келмейді. Темірдің оптимальді концентрациясы ** пенецилин культурасының Q 176 штамының максимум түзілу үшін, белгілі бір деңгейге дейін өсуіне концентрацияны 100 есе күшейту қажет. Қысым концентрациясының жоғарылату барысында тетрациклин және окситетрациклиннің оксимицеттін дамуымен өзгеруін тежейді. Антибиотиктің түзілуін төмендетіп жібереді.
Минералды элементердің үлкен бөлігі ортаға көміртекті және азотты көздер түрінде енгізеді, жеткіліксіз элементтер орнына минералды тұздар қолданады. Пенецелин биосинтезінің ортасына күкірт қосылысты енгізеді. Ал стрептомецин ортасына фосфорды енгізеді.
Антибиотик биосинтезі үшін қоректік ортаның құрамы үлкен мәнге ие. Ортының құрамында культураның өсуі мен дамуына антибиотиктің түзілуіне қажетті барлық элементтер болуы керек. Сондай-ақ ферментация процесінде биосинтез шартын қамтамасыз ету үшін концентрациясымен пішіні элементтерге сай болу керек. Бұл шартта құрамына арналған заттардың фазалары температурасы, ортаның оптималді рН белгісі, тұтқырлығын анықтау керек. Сондай –ақ орта биомассасының тез өсуін оның жоғары концентрациясын, культураның физиологиялық активтілігін, ұзақ уақыт сақтап тұруын қамтамасыз ету керек. Алғашқы уақытта культура оптолизі антибиотиктін жиналу деңгейін төмендетеді. Сонымен қатар культуралды сұйықтықты өңдеу барысында бір қатар қиындықтар туғызады. Осындай барлық талаптарды қанағаттандыратын орта балансирленген немесе оптималді болып саналады.
Әртүрлі антибиотиктер алу барысында ортаға қойылатын нақты талаптар келесі бөлімдерден көрсетілген. Мұнда бір ғана ортадағы қоректік орта концентрацисы ғана жайлы қарастырылған. Микроорганизмдегі органикалық заттарға айналуы 2 жолмен жүзеге асырылады. Нәтижесінде органикалық жасушалы заттар құрылады. Құрылған әртүрлі өнімдердің түзілуіне алып келеді. Жақсы аэрация барысында актиномицеттермен мицелиі саңырауқұлақтары мен максимум мөлшері 25-50% жетеді. Антибиотиктің саңырауқұлақ продуцентімен актиномицеттердің тәжірибесінде көрсетілгендей биомасса мөлшері 1,5-2% оңай жетеді (құрғақ зат бойынша). Мицели мөлшерін алу үшін ортада 4-8% органикалық заттар болу қажет. Төмен органикалық заттардың ортада болуы биомассаның аз мөлшерімен антибиотиктің белгілі бір мөлшерінің түзілуіне алып келеді. Органикалық заттардың концентрациясының қоректік ортаға әсер ету барысында мицели массасының мөлшері және биомассдан түзілген антибиотиктің мөлшері мына кестеде көрсетілген. °°°°°°°°
Ферментация процесінің негізгі шарттар
Ферментация процесін жақсы жүргізуге және антибиотиктің жиналу деңгейі жоғары болу үшін, оптимальды ортаны қолданып, процеске енген анықтаулы шарттарды бақылау қажет: культура процесінің бөгде микроорганизммен ластанбауынан сақтау, культураға жеткілікті мөлшерде оттегімен қамтамасыз ету, белгілі температураны ұстау, оптимальды рН белгісі және интенсивті көбіктенуге жол бермеу. Антибиотик биосинтезінің интенсивтілігі максимумға жету үшін процестің барлық параметрлерінің белгілері оптимальды болу керек. Антибиотик биосинтезінде сол себепті қандай да 1 фактордың әсер ету интенсивтілігінің өзгеруін оқу барысында (мысалы: температура, аэрация) биосинтез процетің қалған параметрін белгілеп алу керек. Бір сөзбен айтқанда бір параметрдің әсер етуін оқу барысында басқа шектеуші факторлар болмауы керек. Құрамында фосфоры бар ортаны қолдана отырып ферментацияның оптимальды температураны да анықтайтын болсақ, шектеуші антибитик биосинтезі анықталмайтын фактор болмайды. Осының ішінде температура фосфор шығынын және оптимальды температураны да анықтай алмаймыз. Нашар аэрациясы бар ортадағы компоненттердің оптимальды концентрациясын таңдаймыз. Бұндай жағдайда құрамында төмен қоректік заттары бар ортада биосинтез интенсивтілігі жоғары болады. Ал жоғары компонентті концентрациялы ортада оттегі жетіспеушілі байқалады.
Кейіннен белгілі фактордың әсер етуін оқу барысында интенсивтілігін бауқау қажет және мұнда заңдық байланыс әрқашан қадағаланып отырмайды. Көптеген факторлар үшін (температура, аэрация, компонент, концентрация) және т.б. бисинтез процесі жақсы жүру үшін үлкен факторлардың оптимальдық шекарасын қорғау болады және фактор интенсивтілігі жетіспеген жағдайда және үлкен болған минимум шекараны құруымызға болады. Сонымен қатар оптимум және минимум ортасындағы үшінші шекара немесе критикалық шекара деп аталады. Бұл шекарада биосинтез интенсивтілігін ферментация процесі барысында критикалық шекарада анықталатын болса факторлардың активтілік деңгейі бірден ауытқу пайда болғанда нашар нәтижелерді көрсетуі мүмкін. Бұл шекарада зерттелініп отырған фатор қандайда шекарада болмасын, активтілікті деңгейін орны болады. Бұндай жағдайда ферментацияның …..