Struktura chemiczna i proces fermentacji penicyliny: Alexander Fleming

Struktura chemiczna i proces fermentacji penicyliny: Alexander Fleming!

Penicylinę opisał Alexander Fleming w 1929 r. Grupa badawcza z Oxfordu pod kierunkiem Floreya i Chaina wyizolowała ją z powierzchniowej hodowli Penicillium notatum w 1940 r., A pierwsze kliniczne zastosowanie penicyliny nastąpiło w 1941 r.

Penicyliny są produkowane przez wiele grzybów, szczególnie gatunki Penicillium i Aspergillus.

Struktura chemiczna:

Podstawową strukturą penicylin jest kwas 6-aminopenicylanowy (6-APA), który składa się z pierścienia tiazolidynowego ze skondensowanym pierścieniem p-laktamowym. 6-APA przenosi zmienne ugrupowanie acylowe w pozycji 6, jak pokazano na fig. 12.5. Jeśli fermentacja penicyliny odbywa się bez dodatku prekursorów łańcucha bocznego, produkowane są naturalne penicyliny. Z tej mieszaniny tylko benzylopenicylina jest terapeutycznie użyteczna; inne związki muszą zostać usunięte na etapie odzyskiwania produktu.

Fermentację można lepiej kontrolować przez dodanie prekursora łańcucha bocznego, tak że wytwarza się tylko jedną pożądaną penicylinę. W celu wytworzenia półsyntetycznych penicylin, penicylinę G (czasami stosuje się penicylinę V) rozszczepia się chemicznie lub enzymatycznie, z wytworzeniem 6-APA, który jest chemicznie zawracany do postaci 6-APA, który jest chemicznie zawracany w celu wytworzenia kolejnej pochodnej penicyliny.

Poprawa odkształceń:

Grzyb P. notatum, pierwotnie używany przez Fleminga do produkcji penicyliny, dawał słabe wyniki. Ponadto opracowano wiele odmian tego grzyba, które produkowały wielokrotnie więcej penicyliny niż pierwotne. Oprócz P. notatum testowano także P. chrysogenum, co dało dobre wyniki w warunkach hodowli podwodnej. Kolejne wybrane szczepy wytwarzały penicylinę w zwiększonej ilości.

Medium fermentacyjne:

Po raz pierwszy w bulionie Czapex-Dox przeprowadzono hodowlę powierzchniową P. notatum. Szybkość produkcji penicyliny wzrosła po uzupełnieniu jej o substancje organiczne, takie jak ekstrakt drożdżowy, kazeina lub ekstrakt wołowy. Ponadto uzyskano również zwiększoną wydajność przy zmianie nasion bawełny, mączki z orzechów arachidowych i mączki sojowej. Kilka naturalnych penicylin powstaje, gdy odpowiednia pożywka jest poddawana fermentacji przez P. chrysogenum w nieobecności suplementowanego perkursora.

Produkcja tych naturalnych penicylin jest również stymulowana przez obecność kwasów tłuszczowych w pożywce. Calam i Hockenhull (1949) opracowali chemicznie zdefiniowaną pożywkę, która wspierała produkcję antybiotyków przez wiele szczepów P. chrysogenum. Wytwarzanie antybiotyku również zwiększono utrzymując pH pożywki fermentacyjnej między 6, 8 i 7, 4; dodanie środków buforujących np. CaC03 i fosforanu do pożywki i sterylnego H2SO4 i NaOH w razie potrzeby; utrzymując temperaturę 25 ± 0, 5 ° C podczas inkubacji i mieszając kulturę do napowietrzania w dużym fermentorze.

Proces fermentacji:

Penicyliny są produkowane na dużą skalę w komercyjnie opracowanym fermentorze, który zapewnia optymalne warunki wzrostu P. chrysogenum dla maksymalnej wydajności. Poniżej przedstawiono etapy fermentacji penicyliny benzylowej, tj. Penicyliny G.

1. Zaszczepić 100 ml pożywki w 500 ml kolbie Erlenmeyera zarodnikami szczepów P. chrysogenum i inkubować w temperaturze 25 ° C, utrzymując je na wytrząsarce obrotowej.

2. Po 4 dniach przenieść zawartość kolby do innej kolby (pojemność 4 litrów) zawierającej 2 litry pożywki i inkubować przez 2 dni wcześniej.

3. Przenieś zawartość do zbiornika ze stali nierdzewnej (pojemność 800 litrów) zawierającego 500 litrów medium. Ten zbiornik jest wyposażony w taki sposób, aby zapewnić optymalne warunki wzrostu grzybów.

4. Po 3 dniach używaj zawartości do zaszczepienia około 1, 80 000 litrów pożywki utrzymywanej w fermentorze (pojemność 2, 50 000 litrów). Później jest wyposażony w automatyczne urządzenia do optymalnych warunków wzrostu (np. Temperatura, pH, O ₂ itd.).

5. Filtrować zawartość fermentora po 6 dniach inkubacji. Filtrat zawiera penicylinę. Ekstrahować penicylinę do amylu lub octanu butylu. Z niego przenieść penicylinę do rozpuszczalnika wodnego przez ekstrakcję buforem fosforanowym.

Z mieszaniny butanol-woda krystalizuje penicylina potasowa G. Ponownie oczyść penicylinę potasową G przed jej użyciem.