Фрагмент

1. Синтез антибиотиков, образуемых актиномицетами: аминогликозиды, тетрациклины, макролиды, левомицетин. Сборка углеродного скелета. Фактор А и биосинтез стрептомицина.

Актиномицеты – это многоклеточные бактерии. Актиномицеты не имеют ядра (вместо ядра имеется одна замкнутая нить ДНК), т.е. актиномицеты – прокариоты, не имеют митохондрий, имеют сложный цикл развития. Всего имеется 12 тысяч природных антибиотиков, из них 9 тысяч антибиотиков продуцируют актиномицеты. Актиномицеты продуцируют антибиотики, ингибирующие синтез белка на рибосомах бактериальных

клеток. Такой же механизм у противогрибковых и противоопухолевых антибиотиков. Актиномицеты продуцируют следующие группы антибиотиков: Аминогликозиды – ингибируют синтез белка у бактерий, связываясь с малой рибосомной субъединицей, нарушая правильность считывания кодонов информационной РНК (иРНК) антикодонами транспортной РНК (тРНК). -канамицин — Actinomyces kanamycetus -неомицин — Actinomyces iracie. Тетрациклины ингибируют белковый синтез, связывая аминоацил –тРНК с рибосомно-матричным комплексом, -окситетрациклин – Аctinomyces ninesus/ макролиды гр. эритромицина – связываются с большой субъединицей рибосомы. пиранозиды (группы линкомицина – сходны с макролидами, они связываются с большой субъединицей рибосомы. — линкомицин – Streptomyces linconiensis/ левомицетин (получают химическим путем) – ингибирует пептилтрансферазу большой рибосомальной субъединицы. Природный левомицетин (хлорамфеникол) продуцируется Streptomyces venezuelae. Рифамицин – Streptomyces mediterranei, на основе рифамицина получен рифампицин. Рифампицин подавляет активность ДНК-зависимую РНК-полимеразу и тем самым блокирует синтез белка на уровне транскрипции противогрибковые — (полиеновые) антибиотики – образуют поры в цитопластической мембране грибов, взаимодействуя с ее стерольным компонентом (эргостеролом). (рис.)

— нистатин — Streptomyces noursei

— леворин – Actinomyces levorus

— амфотерцин — Streptomyces nodosus

Существенную роль в биосинтезе стрептомицина играют жиры соевой муки и её минеральный состав. Белок сои и его кислотный гидролизат малопригодны для биосинтеза антибиотика. Аэрация среды имеет существенное значение, так как S. griseus -высокоаэробный организм и поглощает значительное количество кислорода, которое зависит от состава среды и стадии развития продуцента. В ранний период развития актиномицета потребление кислорода воздуха более интенсивное, а затем оно падает до нуля. Увеличение степени аэрации повышает выход стрептомицина. В анаэробных условиях продуцент стрептомицина развивается слабо. Мицелий, выращенный в аэробных условиях и перенесённый затем в анаэробные, стрептомицина не образует. Для максимального накопления антибиотика культура должна находиться в условиях непрерывной аэрации. Оптимальная температура для развития антибиотика 27-29 °С. Повышение её до 30 °С и выше резко снижает и даже прекращает его образование. Оптимальную температуру меняют в зависимости от штамма продуцента и состава среды. Лучшим начальным pH для развития актиномицета является 7,0. Стрептомицин образуется при значении pH от 7,5 до 8,5. В кислых средахтактивность стрептомицина снижается, в щелочных — максимальная. Так, активность стрептомицина при pH 5,8 в 20-80 раз меньше, чем при pH 8,0. Для проявления максимальной антимикробной активности стрептомицина оптимальное значение pH 7,5-8,0. Наличие некоторых веществ в среде влияет на антибиотическую активность стрептомицина. Если к этой среде прибавить 0,5-3% натрия хлорида, калия хлорида или натрия сульфата, Е. coli развивается в присутствии 10 мкг/мл стрептомицина. Имеется два объяснения этому факту: в присутствии натрия хлорида уменьшается скорость и степень диффузии стрептомицина, или натрия хлорид снижает адсорбцию антибиотика бактериальной клеткой. При концентрации пировиноградной, фумаровой кислот до 1% продуцент развивается в присутствии 10 мкг/мл стрептомицина, если концентрацию солей повысить до 3%, рост бактерий наблюдается при концентрации антибиотика 150 мкг/мл. Защитные свойства этих кислот по-разному проявляются по отношению к различным микроорганизмам. В отношении Е. coli защитные свойства проявляются в большей степени, в отношении Staph, aureus защитных свойств не наблюдается. Сильно снижается активность стрептомицина в присутствии цистеина и гидроксиламина (цистеин полностью инактивирует антибиотик в течение нескольких часов). При развитии продуцента различают две основные стадии. На первой стадии идёт быстрый рост и развитие микроорганизма с энергичным использованием основных компонентов субстрата, максимальное потребление кислорода. В цитоплазме высокое содержание РЕПС, ДНК вначале отсутствует и обнаруживается только через 12 ч развития. В среде происходит некоторое увеличение аммонийного азота, связанное с разложением белков соевой муки. pH вначале несколько снижается, затем повышается с 6,8 до 7,9. Образование стрептомицина незначительное. Через 28 ч масса мицелия прекращает увеличиваться, начинается вторая стадия — процесс образования стрептомицина. На третьи сутки pH с 7,9 падает до 6,7, а на четвёртые и пятые — вновь возрастает до 7,7. Вторая стадия характеризуется медленным потреблением оставшихся в среде питательных веществ, замедлением роста актиномицета, снижением потребления кислорода, автолизом мицелия, максимальным образованием стрептомицина. Максимальное накопление стрептомицина наблюдается, когда автолитические процессы начинают преобладать над процессами роста. Количество аммонийного азота продолжает возрастать, что, по всей вероятности, связано с разложением белков соевой муки и автолизом мицелия. В культуральной жидкости находятся минеральные вещества, белки, нуклеиновые кислоты, аминокислоты, полисахариды, жиры, стрептомицин и другие вещества. S. griseus при определённых условиях развития культуры образует ещё один антибиотик — маннозидострептомицин (стрептомицин В), в чистом виде выделенный в 1947 г. из культуры актиномицета методом противоточной хроматографии. Маннозидострептомицин отличается от стрептомицина наличием в молекуле маннозы. Он менее активен, чем стрептомицин. Культуры S. griseus содержат фермент, превращающий маннозидострептомицин в стрептомицин. При соответствующем контроле развития культуры актиномицета можно добиться минимального образования маннозидострептомицина. Основная часть стрептомицина выделяется в культуральную среду, но часть его остаётся в мицелии и на его поверхности. С целью извлечения стрептомицина из микроорганизма культуральную жидкость вместе с биомассой обрабатывают минеральной кислотой. При этом весь антибиотик переходит в раствор. Мицелий отделяют прессованием или центрифугированием. Свободную от мицелия культуральную жидкость обрабатывают щавелевой кислотой. Этим достигается удаление белков и органических оснований, ионов металлов (кальция, магния, железа), далее ведётся выделение стрептомицина в чистом виде. Стрептомицин — сильно полярное соединение и его основание и соли неорганических кислот хорошо растворимы в воде. Соли же органических кислот стрептомицина нерастворимы почти во всех органических растворителях. Для выделения стрептомицина из культуральной жидкости в чистом виде используются методы адсорбции на активированном угле и метод ионообменной хроматографии. В основу первого метода положена адсорбция стрептомицина на активированном угле при нейтральном или слабощелочном pH среды. При pH 2-4 стрептомицин остаётся в растворе, в то время как примеси адсорбируются на сорбент. После удаления примесей на активированный уголь адсорбируют из подщелоченной среды антибиотик, его десорбцию осуществляют этанолом, подкисленным кислотой хлороводо% родной. Далее в раствор добавляется диэтиловый эфир – стрептомицин выпадает в осадок. Стабильность стрептомицина имеет значение для производства и хранения антибиотика. Она зависит от чистоты препарата, влажности, температуры, pH растворителя. Химически чистый стрептомицин устойчив в сухом состоянии и в виде растворов. Соли стрептомицина при хранении при комнатной температуре инактивируются лишь в незначительной степени на протяжении нескольких лет. Максимальная стабильность растворов стрептомицина сульфата и гидрохлорида находится при pH от 3,0 до 7,0 при температуре от 7 до 25 °С…..