| Главная » Файлы » Курсовые работы » Курсовые проекты |
Micromonospora inyoensis як продуцент антибіотика сизоміцина
| [ Скачать с сервера (442.0 Kb) ] | 12.06.2017, 23:27 |
| РЕФЕРАТ В даній роботі викладено процесу біосинтезу та механізм отримання аміноглікозидного антибіотика сизоміцину, продуцентом якого є актиноміцет Micromonospora inyoensis. Складається зі вступу, шести розділів, графічних матеріалів та списку використаної літератури. Курсова робота викладена на 70 сторінках друкованого тексту, в тому числі 2 таблиці, 2 рисунка, 2 додатки, 4 креслення формату А3. У роботі дано обґрунтування та викладено технологічний процес ділянки біосинтезу виробництва препарату, в тому числі допоміжні роботи, стадії вирощування культури та ферментаційний процес отримання антибіотику. Ключові слова: Micromonospora inyoensis, сизоміцин, аміноглікозидний антибіотик, поживні середовища, біосинтез. ВСТУП Біотехнологія — це напрям біології, який вивчає застосування біологічних об’єктів та хіміко¬біологічних процесів з метою отримання різноманітної продукції для вирішення народ¬ногосподарських проблем[1]. Одним із напрямків біотехнології є виробництво антибіотиків. Терміном „антибіотик” прийнято називати речовини мікробного, рослинного або тваринного походження, що здатні пригнічувати розвиток організмів або викликати їхню загибель. Як правило, антибіотики виділяють з живих бактерій, актиноміцетів або грибів. Існує також велика кількість синтетичних антибіотиків, які відрізняються модифікаціями функціональних груп природніх антибіотиків. Такі модифіковані сполуки часто ефективніші, або стійкіші до нейтралізації, що виникає внаслідок набутої мікроорганізмами резистентності[2]. Найбільша кількість антибіотиків, які знайшли широке застосування практиці, відноситься до речовин, утвореним актиноміцетами. До них в свою чергу належать амiноглікозидні антибіотики У групу аміноглікозідних антибіотиків включаються біологічно активні сполуки, що містять в молекулах гликозидні зв'язки. До цих антибіотиків відносяться стрептоміцини, неоміцин, каноміціни, гентаміцин, гігроміцін і деякі інші. Антибіотики цієї групи мають велике практичне значення, багато з них застосовуються в медичній практиці [2,6]. Одним із таких антибіотиків є сизоміцин. Сизоміцин – антибактеріальний антибіотик із групи аміноглікозидів. Діє на більшість грамнегативних мікроорганізмів та деяких грам позитивних бактерій. Цей препарат застосовується для лікування інфекційних та запальних процесів, викликаними чутливими до нього мікроорганізмами[9]. Інфекції, одні з найважливіших проблем відділень реанімації та інтенсивної терапії (ВРІТ), є найважливішим чинником, який визначає прогноз хворих. Як поза-лікарняні інфекції, що вимагають госпіталізації в ВРІТ, так і госпітальні інфекції, що виникли у пацієнтів, що перебувають у ВРІТ, призводять до збільшення тривалості стаціонарного лікування і можуть бути незалежними факторами летальності. У цьому зв'язку принципово важливою в плані поліпшення прогнозу хворих у ВРІТ є розробка стратегії антибактеріальної терапії[14]. Останнє десятиліття ознаменувалося глобальних зростанням антибіотикорезистентності серед найбільш актуальних збудників госпітальних інфекцій у всіх регіонах світу. Це призвело до зниження ефективності багатьох антибактеріальних препаратів, що традиційно призначаються для лікування госпітальних інфекцій. Так наприклад резистентність госпітальних штамів Klebsiella pneumoniae, що є збудником пневмонії, до гентаміцину складає більше 80%, а до пеніцилінів – більше 90%, а до сизоміцину – лише 15%. Тому вивчення шляхів ефективного виробництва даного антибіотика є необхідним для лікування інфекційних хвороб[14]. Актуальність теми Вивчення продуцента антибіотика сизоміцину – Micromonospora inyoensis є досить доцільним на сьогоднішній час. Адже мікробіологічний синтез антибіотиків значно переважає за собівартістю, швидкістю і кінцевим результатом хімічне виробництво. Також Micromonospora inyoensis – один із небагатьох вивчених мікроорганізмів, який синтезує сизоміцин у великих кількостях, використовуючи при цьому для росту дешеве поживне середовище та не вимагає внесення стимуляторів росту. Новизна Для синтезу антибіотику сизоміцин використовуюється мікроорганізм, який на сьогодні є цінним об’єктом для вивчення можливості утворення сизоміцину в великих кількостях, адже представники роду Micromonospora раніше не часто використовувалися для отримання антибіотиків через використання в цих цілях продуцентів роду Streptomyces. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ РОЗДІЛ 1. Значення антибіотиків у життєдіяльності людини Антибіотики – це специфічні продукти життєдіяльності мікроорганізмів або їх модифікації, що характеризуються високою фізіологічною активністю щодо певних груп мікроорганізмів (віруси, бактерії, гриби, протозоа) або злоякісних пухлин, вибірково затримують їх ріст або повністю пригнічують їх розвиток[3]. Характерні ознаки антибіотиків: • Вибірковість дії. У цьому полягає їх відмінність від загально- біологічних отрут. Кожен антибіотик активний щодо певних груп мікроорганізмів і не впливає на інші форми живих істот. • Висока біологічна активність щодо чутливих форм мікроорганізмів. Тобто антибіотики активні за дуже низьких концентрацій. За походженням антибіотики поділяються на ті, що синтезуються бактеріями, ті, що синтезуються актиноміцетами, ті, що синтезуються грибами. Також антибіотичні речовини можуть бути тваринного (лізоцим) або рослинного (аліцин) походження[3]. За спектром біологічної дії антибіотики поділяються на ті, що пригнічують синтез клітинної стінки, ті, що пригнічують функції мембран, ті, що пригнічують синтез ДНК або РНК, ті, що пригнічують синтез пуринів чи піримідинів, ті, що пригнічують синтез білка та ін.[3]. 1.1. Сучасний стан антибіотикотерапії Застосування антимікробних хіміопрепаратів має майже вікову історію розвитку. Переважна більшість спеціалістів у галузі історії медицини пов’язують появу цього нового напряму лікування з іменем Пауля Ерліха (1854–1915) та створенням у його лабораторії нового препарату з ряду арсенобензолів — сальварсану (або “606”) для лікування спірохетозів. Запатентований у 1907 році П. Ерліхом та А. Бергеймом сальварсан продемонстрував небувалу на той час ефективність у лікуванні сифілісу, а також виявив активність при зворотному тифі та фрамбезії. Так вперше в клініці з’явився високоселективний хіміотерапевтичний антимікробний препарат. А менше ніж через півсторіччя людство заговорило вже про антимікробні речовини природного походження. Сучасна антибіотикотерапія має у своєму розпорядженні антибіотики самого різного хімічної будови і спектру дії, такі як бета-лактамні антибіотики, тетрацикліни, макроліди, аміноглікозиди та ін. [6]. Відомо, що майже у половині випадків антибіотики використовуються необґрунтовано. Певною мірою це пов’язують із недостатньою обізнаністю спеціалістів, а в окремих ситуаціях — із залученням до призначення лікування фельдшерів та фармацевтів. Наприклад, в Англії ця практика є дуже поширеною, оскільки діяльність фармацевтів та медичних сестер коштує набагато менше, ніж кваліфікованого лікаря. У нас, як правило, антибіотики призначає все ж лікар, проте у питаннях самолікування ми, на жаль, непереможні. Результати досліджень показують, що 80 % сімей мають у домашніх аптечках антибіотики, причому 30 % з них — з простроченим терміном придатності. Часто пацієнти, попри призначення лікаря, продовжують приймати застарілі препарати тільки тому, що вони “вже колись їм допомогли”. Однак це питання потрібно вирішувати дійсно професійно, адже масова реклама лікарських засобів, що з’явилась останнім часом на телебаченні та радіо, ні в якому разі не сприяє поінформованості громадян, а, навпаки, збільшує вірогідність неадекватного прийому медикаментів[6]. Призначення емпіричної антибіотикотерапії вимагає знання і врахування ряду моментів. Це насамперед знання передбачуваної етіології захворювання, тобто поінформованість про «відповідальних» патогенна в регіоні. Крім того, це вивчення регіональної чутливості та резистентності в регіоні, етіологічна верифікація діагнозу, призначення препаратів з оптимальним спектром дії, використання принципів доказової формулярної медицини, вибір оптимального шляху введення, облік фармакокінетики, комплайенса, застосування дитячих форм препаратів, використання антибіотиків з високим профілем безпеки і, нарешті, облік фармакоекономічних показників [6]. Розвиваючи думку про необґрунтованість призначення антибіотиків самими лікарями, слід зазначити, що у ряді випадків вони використовуються для лікування вірусних інфекцій, простудних захворювань, призначаються у надто малих дозах або тривалість їх використання недостатня для ерадикації бактеріального походження хвороби [6]. 1.2. Механізм та спектр дії аміноглікозидних антибіотиків Всі аміноглікозиди виробляються різними видами Streptomyces і Micromonospora. За хімічною структурою вони представляють собою замкнуте кільце, що складається з аміноцукрів і аміноціклітола. Винятків небагато. Вони представлені Спектиномицином (не включає аміноцукрів), астроміціном (фортіміцін А), який використується в Японії, і апраміціном - антибіотиком, що знайшли застосування у ветеринарії[5,9]. Залежно від будови аміноціклітолового кільця аміноглікозиди діляться на похідні стрептоміцину, неоміцину і канаміцину. Перші дві представлені в нашій країні, відповідно, стрепто-мицином і неоміцином. Більшість АГ, що знайшли широке клі ¬ ническое застосування, відноситься до групи канамицина. У їх числі гентаміцин, сизоміцин, сизоміцин, нетилміцин і амікацин [5,12]. Відповідно до іншої класифікації, розрізняють три покоління аміноглікозидів. До антибіотиків першого покоління відносять стрептоміцин, неоміцин і канаміцин, до другого - гентаміцин, сизоміцин, сизоміцин і нетілміцин. Єдиним представником аміноглікозидів III покоління, зареєстрованим в Україні, є амікацин [12]. Спектр бактеріальної дії наведений в таблиці нижче. Таблиця 1.1.Спектр дії аміноглікозидних антибіотиків Антибіотик Стафіло- коки Стрепто- коки Ентеробак- терії P.aeruginosa M. tuber- culosis Стрептоміцин *** * *** * *** Неоміцин *** * *** * _ Канаміцин *** * *** * *** Гентаміцин *** * *** ** * Сизоміцин *** ** *** *** _ Сизоміцин *** * *** *** _ Амікацин *** * *** *** *** Позначення:*** - висока активність; ** - помірна активність; * - низька активність. Точний механізм дії аміноглікозидів залишається невідомим. Існує декілька припущень. Відповідно до першого припущення, під впливом аміноглікозидів формується механізм невірного «зчитування» певних кодоні матричної РНК та утворенню дефектних білків. Згідно другого припущення аміноглікозиди створюють не функціональні комплекси ініціації. За третьою гіпотезою відбувається пригнічення етапу транс локації в процесі синтезу поліпептидів. Але ні одна з цих гіпотез не може пояснити сильну антибактеріальну дію аміноглікозидів[9,12]. 1.3. Способи застосування аміноглікозидних антибіотиків Фармакокінетика у всіх аміноглікозидів приблизно однакова. Основними показаннями до застосування аміноглікозидів є важкі системні інфекції, що викликаються головним чином аеробними грамнегативними бактеріями і стафілококами (гентаміцин, сизоміцин, амікацин, сизоміцин та ін.) Аміноглікозиди іноді призначають емпірично у вигляді монотерапії, частіше - при підозрі на змішану етіологію - вони застосовуються в поєднанні з бета-лактамами і лікарськими препаратами, активними щодо анаеробів (наприклад лінкозаміди)[9,10,11]. Аміноглікозиди мають вузький терапевтичний діапазон і є більш токсичними сполуками, ніж антибіотики інших груп, тому їх слід призначати тільки при важких захворюваннях, і тільки в тих випадках, коли менш токсичні антибактеріальні засоби виявляються неефективними або з яких-небудь причин протипоказані[10,11]. Аміноглікозиди можуть бути показані при лікуванні госпітальних (внутрішньолікарняних, нозокоміальних, від грец. Nosokomeo - доглядати за хворим) інфекцій різної локалізації, ефективні при бактеріємії, сепсисі, при підозрі на сепсис у хворих з нейтропенією, при ендокардиті, остеомієліті, ускладнених внутрішньочеревних інфекціях (перитоніт , абсцес в черевній порожнині). У урології ці ЛЗ застосовують (головним чином в умовах стаціонару) при лікуванні ускладнених інфекцій сечовидільної системи (важкі форми пієлонефриту, паранефріт, уросепсис, карбункул нирки). Аміноглікозиди використовуються при лікуванні післяопераційних гнійних ускладнень, після операцій на кістках та суглобах, для профілактики інфекцій у хворих з нейтропенією[11,12]. Аміноглікозиди показані для лікування небезпечних інфекційних захворювань, в т.ч. чуми і туляремії (насамперед стрептоміцин). Застосовують аміноглікозиди в комбінованій терапії туберкульозу: стрептоміцин - відноситься до групи основних протитуберкульозних засобів, його застосовують також для лікування деяких рідкісних інфекцій; канаміцин і амікацин - є резервними протитуберкульозними засобами[12]. 1.4. Біохімічний вплив сизоміцину на організм При прийомі всередину сизоміцин практично не всмоктується з ШКТ (в системний кровотік надходить менше 2%). Однак при інфекційних захворюваннях шлунково-кишкового тракту всмоктування збільшується, тому тривалий прийом всередину може призвести до накопичення антибіотику і виникнення токсичної концентрації. Основними шляхами введення аміноглікозидів при їх системному використанні є внутрішньом’язово і внутрышньовенно. Зв'язування з білками крові низьке і становить 15 – 17% . Час досягнення максимальної при внутрішньом’язовому введенні - 1-1,5 год. У хворих у важкому стані, особливо при шоку, всмоктування після внутрішньом’язової ін'єкції може сповільнюватися через погане кровопостачання тканин. Час збереження терапевтичної концентрації в крові при введенні кожні 8 год - приблизно 8-10 год. Об'єм розподілу (0,15-0,3 л / кг) близький до обсягу позаклітинної рідини і становить 25% безжирової маси тіла. Внаслідок своєї полярності сизоміцин не здатний проникати у більшість клітин. Він розподіляється в основному в плазмі крові і в позаклітинній рідини (включаючи рідину абсцесів, плевральний випіт, асцитичну, перикардіальну, синовіальну, лімфатичну і перитонеальну рідини), крім ліквору. У терапевтичних концентраціях у дорослих не проходить через гематоенцефалічний бар'єр, при запаленні мозкових оболонок проникність збільшується. У новонароджених досягаються більш високі концентрації в лікворі, ніж у дорослих. Однак є тканини організму, в які антибіотик проникає добре і де він може накопичуватися внутрішньоклітинно. До них відносяться органи з хорошим кровопостачанням - печінка, нирки (накопичуються в кірковій речовині), тканини внутрішнього вуха. Так, концентрації антибіотика у внутрішньому вусі і нирках можуть в 10 і більше разів перевищувати їх рівень у плазмі. У поліморфно-ядерних лейкоцитах сизоміцин виявляється в концентраціях, що становлять приблизно 70% від позаклітинних концентрацій. Практично не піддається біотрансформації. Виводиться нирками шляхом клубочкової фільтрації у незміненому вигляді, створюючи високі концентрації в сечі.. Низькі концентрації відзначаються в жовчі, грудному молоці, бронхіальному секреті. T1 / 2 з крові у дорослих при нормальній функції нирок становить приблизно 2-2,5 год; у дітей цей час більше (у зв'язку з незрілістю механізмів екскреції). Так, у новонароджених перших днів життя T1 / 2 може становити до 15-18 год, скорочуючись до 21 дня життя до 6 год. T1 / 2 збільшується при нирковій недостатності (в 7 і більше разів)[9]. Сизоміцин має характерні токсичні властивості - ототоксичність (кохлеарну і вестибулярну), нефротоксичність і, рідше - нейротоксичність з розвитком нейро-м'язової блокади[9]. Найчастіше нефро- і ототоксичність проявляються у дітей, літніх пацієнтів, при початковому порушенні функції нирок і слуху. Однак розвиток нефротоксичності у дітей до трьох місяців життя менш імовірно, ніж у дорослих, оскільки механізм захоплення антибіотика щітковою облямівкою епітелію нирок ще недостатньо розвинений. Згідно з даними досліджень на тварин і у людини, нефро-і ототоксичність обумовлена тим, що він накопичуються у високих концентраціях у кірковій речовині нирок, а також у ендолімфі і перилімфі внутрішнього вуха [9]. Ототоксичність - важкий прояв їх побічної дії. Накопичення речовини в зовнішніх і внутрішніх волоскових клітинах кортієвого органу призводить до їх змін. Зворотна дифузія речовини в кровотік відбувається повільно. Оскільки початкові прояви ототоксичності оборотні, за хворими, які приймають сизоміцин у високих дозах і / або тривалий час, необхідно вести ретельне спостереження. Однак негативна дія антибіотику у вигляді порушення вестибулярного апарату може розвинутися і через кілька тижнів після відміни антибіотика [9]. Нефротоксичність сизоміцину обумовлена тим, що він вибірково накопичується в епітеліальних клітинах коркового шару нирок і може викликати структурні та функціональні зміни в проксимальних канальцях. При помірних дозах відбувається набухання епітелію канальців, при високих можливий розвиток гострого канальцевого некрозу. Нефротоксична дія призводить до підвищення рівня креатиніну в сироватці крові або до зниження кліренсу креатиніну. Легке і зазвичай оборотне порушення функції нирок відзначається у 8-26% хворих, які отримують антибіотик довше декількох діб. Нефротоксичність залежить від загальної дози і, отже, частіше виникає при тривалому лікуванні. Нефротоксичну дію посилюється, якщо мінімальна концентрація в крові перевищує поріг токсичної дії. Ймовірність прояви ототоксичності вище при порушенні функції нирок і дегідратації, в т.ч. опікової. Одноразове введення добової дози (80-100% стандартної) дозволяє зменшити ризик токсичних ефектів при збереженні аналогічної клінічної ефективності. Припускають, що факторами ризику нефротоксичної дії служать літній вік, хвороби печінки і септичний шок. Найбільш небезпечним наслідком ураження нирок є уповільнення виведення речовини, що ще більше підсилює токсичність. Оскільки клітини проксимальних канальців здатні до регенерації, порушення функції нирок, як правило, носить оборотний характер, якщо у пацієнта не було попередньої ниркової патології[9]. До інших неврологічних порушень, які може викликати сизоміцин, відносяться енцефалопатія та парестезія. Даний антибіотик не є сильними алергенами, тому шкірний висип, свербіж, набряк спостерігаються нечасто. Місцевоподразнювальна дію при правильній техніці введення проявляється рідко[9]. РОЗДІЛ 2. Порівняльна характеристика промислових способів виробництва антибіотиків На даний момент існують такі методи отримання антибіотиків: мікробний синтез, хімічний синтез та поєднання мікробіологічного та хімічного синтезу. Мікробіологічний синтез базується на використанні для отримання цільового продукту бактерій, актиноміцетіві грибів. Основною умовою отримання антибіотика даним методом у великій кількості є продуктивність штаму, тому використовуються найбільш продуктивні мутанти «диких штамів», отримані методом хімічного мутагенезу. Продуцент вирощують в оптимальному середовищі, в яке і надходять продукти метаболізму, що володіють антибіотичними властивостями[1,13]. Цим способом отримують антибіотики тетрациклінового ряду, природні пеніциліни, антибіотики глікозидної будови, макроліди та ін. Хімічний синтез. Вивчення хімічної структури антибіотиків дало можливість отримувати їх методом хімічного синтезу. Одним з перших антибіотиків, отриманих таким методом, був левоміцетин. Великі успіхи в розвитку хімії привели до створення антибіотиків з направлено зміненими властивостями, що володіють пролонгованою дією, активних щодо стійких до пеніциліну стафілококів. До пролонгованим препаратів, отриманих хімічним синтезом, належать екмоновоціллін, біцилін 1,3,5[3]. Поєднання мікробіологічного і хімічного синтезу. В основу цього способу отримання антибіотиків покладено те, що методом біологічного синтезу отримують основне ядро молекули нативного антибіотика, а методом хімічного синтезу, шляхом часткової зміни хімічної структури - напівсинтетичні препарати (напівсинтетичні пеніцеліни, тетрацикліни та ін.). При аналізі антибіотиків на їх біологічну активність використовують біологічні, хімічні, фізичні фізико-хімічні методи[1,13] . Біологічні методи кількісного аналізу антибіотиків грунтуються на порівняльній оцінці їх здатності пригнічувати розвиток тест-культури мікроорганізмів. Активність встановлюють дифузним або турбідиметричним методами. З фізичних та фізико-хімічних методів найчастіше використовують колориметричні, спектрофотометричні методи, а також ацидометричний спосіб. Перевагою даних методів є швидке проведення аналізів, тому, незважаючи на нижчу точність, дані методи набувають все більшого поширення[1,13]. | |
| Просмотров: 551 | Загрузок: 31 | Рейтинг: 0.0/0 | |
| Всего комментариев: 0 | |