Технология производства тетрациклина

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное Государственное бюджетное  образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Поволжский государственный технологический университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

По дисциплине: «Теоретические основы  биотехнологии»

На тему: «Технология производства тетрациклина»

 

 

 

 

 

 

Выполнила: ст. гр. БТ-21

Андреева И.В.

Проверила: Криворотова Т.Н.

 

 

 

Йошкар-Ола

2014

     Содержание

 

     Введение.

1. Применение тетрациклина.
1. Общие сведения о производстве тетрациклина.
2. Природа тетрациклина. Их назначение в практической деятельности человека.
2. Технология получения тетрациклина.
1. Методы культивирования продуцента тетрациклина.
2. Ферментеры.
3. Приготовление и стерилизация питательной среды.
4. Подготовка почвенного материала.
5. Развитие продуцента тетрациклина в ферментёрах.
6. Предварительное образование культуральной жидкости, выделение и химическая очистка тетрациклина.
7. Сушка, контроль и расфасовка препарата.
3. Биологическая безопасность и характеристика условий работающих на производстве тетрациклина.
4. Отходы производства и охрана окружающей среды при производстве тетрациклина.
1. Основные отходы.
2. Охрана окружающей среды.

Заключение.

Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Биотехнология – интегрированное использование биохимии, микробиологии и биоинженерии для промышленной реализации потенциальных возможностей микроорганизмов, культур клеток, тканей или отдельных их .Основной целью биотехнологии является получение максимального количества целевых продуктов в границах генетически детерминирующих свойств биологического агента за счет оптимизации факторов окружающей среды.

Производство антибиотиков занимает одно из ведущих мест в современной медицинской биотехнологии и относится к отраслям, сфера применения которых постоянно растет. Это связано с тем, что антибиотики, являясь веществами и образуемые микроорганизмами или получаемые из других природных источников, обладают антибактериальным, антивирусным и противоопухолевым действием. Они вмешиваются в обмен белков, нуклеиновых кислот и в энергетические процессы пораженных организмов и клеток, избирательно воздействуя на определенные молекулярные механизмы.

Создание новой биотехнологии производства антибиотиков опирается на достижение молекулярной биологии, молекулярной генетики и генной инженерии. В настоящее время разрабатывается перспективное направление, основанное на предположении о биосинтезе антибиотиков или их отдельных ключевых структур, например трипептида d-L-a-аминоадитинил-L-цистеинил-D-валина, при биосинтезе пенициллинов и цефалоспоринов, поликетидном синтезе углеродного скелета тетрациклинов, агликонов у макролидов и в других случаях, в мультиферментных комплексах, являющихся вторичным продуктом полигенного оперона транскрипта, как это уже установлено для антибиотиков, имеющих пептидное строение, а также для ферментов, катализирующих реакции основных путей метаболизма.

Создание новой биотехнологии производства антибиотиков предполагает возможность использования мощных индукторов биосинтеза нуклеиновых кислот и белков-ферментов, вследствие чего резко увеличивается концентрация первичных метаболитов, из которых при участии соответствующих ферментов образуются антибиотики.

За последние годы фармацевтическая наука достигла значительных успехов: разработаны научные основы и созданы более перспективные технологии при получении лекарственных средств, в производство внедрено современное технологическое оборудование, используются новые группы лекарственных и вспомогательных веществ, созданы высокоэффективные лекарственные препараты.

Дальнейшее развитие фармацевтической отрасли предусматривает углубление и совершенствование знаний об основных аппаратах и технологических линиях фармацевтического производства, дальнейшее внедрение прогрессивных технологий, разрешение наиболее сложных проблем гидродинамических, тепловых, массообменных и других процессов.

Рациональное приготовление лекарственных препаратов, создание их новых видов, изыскание более совершенных методов производства требуют глубоких знаний отдельных технологических операций .

В промышленных условиях выпускаются различные антибиотики. Биосинтез антибиотиков происходит в клетках, прошедших стадию интенсивного роста (трофофазу), то есть в микроорганизмах, прекративших рост (идиофазу). В связи с этим антибиотики относятся к метаболитам-идиолитам. Они в неблагоприятных условиях подавляют рост конкурирующих микроорганизмов, обеспечивая тем самым более благоприятные условия для выживания микроба-продуцента того или иного антибиотика. Значение процесса антибиотикообразования в жизнедеятельности микробной клетки подтверждается тем, что у тетрациклинов около 1% геномной ДНК приходится на долю генов, кодирующих ферменты биосинтеза антибиотиков, которые в течение продолжительного времени могут не экспрессироваться.

Тетрациклин относится к группе антибиотиков, получаемые из стрептомицетов, который выпускается как на Украине, так и за рубежом. Эти антибиотики обладают широким спектром антимикробного действия: бактериостатическое или фунгиостатическое, задерживающее рост и развитие бактерий или грибов. Механизм действия: нарушают синтез белка.

Тетрациклины широко распространены в природе, которые синтезируются микроорганизмами на среде, содержащей кукурузную муку, кукурузный экстракт, а также другие питательные вещества, обусловливающие биосинтез антибиотика.

Основными задачами курсового работы является: рассмотрение возможных вариантов технологических схем производства, выбор оптимальной технологической схемы; проанализировать процессы получения высокопродуктивных штаммов; рассмотрение влияния питательной среды на производственные процессы.

Присутствие биологического агента влияет на технологическое и аппаратурное оформление производства: необходимость ряда специфических условий герметизации и введения субстратов; соблюдения узких физико-химических показателей среды; учета влияния срезовых усилий. Таким образом, возникает необходимость описания культуральных и морфолого-физиологических показателей биологического агента.

Присутствие БАВ обуславливает специфику технологического оборудования. В связи с этим будут рассмотрены физико-химические свойства готового продукта – медицинского препарата тетрациклина, а также другие его характеристики.

Существует три способа получения антибиотиков:

1. биологический синтез, используя высокопродуктивные штаммы  микроорганизмов;

2. химический синтез. С  помощью этого метода получают  все синтетические антибиотики.

3. Комбинированный способ.

 

 

 

 

 

 

 

1. Применение тетрациклина.

 

1. Общие сведения о производстве тетрациклина.

В производстве тетрациклина применяют микробиологический синтез, который возможно проводить одним из способов культивирования: глубинное или поверхностное. В настоящее время поверхностное культивирование не считается перспективным. По сравнению с ним глубинное культивирование имеет ряд преимуществ: при его применении возможно изменять состав питательной среды в широком интервале значений концентраций различных компонентов, достигая при этом максимального выхода целевого продукта с единицы объема ферментационного оборудования; в технологическом процессе значительно сокращается доля ручного труда; он требует меньше затрат на организацию процессов автоматизации стадии ферментации; дает возможность упростить последующую переработку биомассы микроорганизмов с целью выделения и очистки готового. Все перечисленные достоинства привели к тому, что в настоящее время для получения антибиотиков преимущественно используют глубинный метод культивирования продуцентов. В качестве продуцента тетрациклина используют Streptomyces aurefaciens.

Получение антибиотиков определенной активности диктуется требованиями отраслей экономики – их потребителей. Так, например, тетрациклин применяют в таблетированной форме или в виде мази. В зависимости от назначения и способа применения выбирают и соответствующую схему очистки, а схема биосинтеза остается постоянной, не зависящей от функционального предназначения медицинского препарата. На стадии культивирования только определенные факторы влияют на выход продукта и его активность.

 

2. Природа тетрациклина. Их назначение в практической деятельности человека.

Тетрациклин является солью тетрациклина основания, продуцируемого грибами Streptornyces aureofaciens.

    Это желтый кристаллический порошок горьковатого вкуса, хорошо растворим в воде. В сухом состоянии он устойчив, но в водных растворах, особенно имеющих нейтральную или основную реакцию, быстро разлагается, мутнеет и теряет антимикробную активность. При нагревании растворы разлагаются, поэтому их нельзя стерилизовать нагреванием. Растворы для парентерального введения должны применяться непосредственно после их приготовления. Антибиотик разрушается кислотами, основаниями, окислителями, солями кальция, магния и особенно тяжелых металлов. Не совместим со стрептомицином, поскольку их сочетание обладает повышенной токсичностью и может вызвать жировое перерождение печени. Тетрациклин устойчив к действию желудочного сока и пищеварительных ферментов. Ввиду этого и местного раздражающего ткани действия, назначают парентерально и внутрь через рот, реже — ректально.

    Тетрациклин обладает широким спектром антимикробного действия, охватывающим многие виды грамположительных и грамотрицательных бактерий, спирохеты, лептоспиры, риккетсии, многие штаммы микоплазм, хламидии и некоторых простейших (амебы, трихомонады, кокцидии и др.). Устойчивы микобактерии туберкулеза, многие штаммы синегнойной палочки и протея, грибы, вирусы.

    Чувствительны патогенный стафилококк, стрептококк и другие кокки, различные энтеробактерии, бруцеллы, листерии, пастереллы, возбудители газовой гангрены, сибирской язвы, дифтерии, коклюша, холеры, гемофильная палочка инфлюэнцы, актиномицеты. Хотя устойчивость к нему развивается сравнительно медленно, но среди. бактерий чувствительных видов, особенно стафилококка, шигелл, эшерихий и клебсиелл, в настоящее время наблюдается значительное количество (80—90 %) устойчивых к тетрациклинам штаммов. Это значительно уменьшает их эффективность в настоящее время, а следовательно, и применение. Между различными, тетрациклинами отмечается перекрестная устойчивость (но не к остальным химиотерапевтическим препаратам).

    На чувствительные микроорганизмы оказывает бактериостатическое действие, бактерицидное отмечается только при концентрациях, в 50—100 раз превышающих концентрации бактериостатические.Тетрациклин быстро всасывается в пищевом канале, преимущественно в тонких кишках, меньше в толстых, однако не полностью: до 15 % выделяется с испражнениями. Ионы кальция, магния, железа и алюминия, различные антациды, а также молоко и молочные продукты несколько уменьшают всасывание в результате образования нерастворимых хелатных соединений. Молоко и молочные продукты уменьшают количество и тяжесть иногда наблюдаемых диспепсических явлений. Наличие в кишках пищи также ослабляет всасывание тетрациклина. После приема тетрациклина в крови и различных органах быстро появляются значительные его концентрации. Максимальное содержание в крови отмечается через 2—3 ч после приема и сохраняется в течение 8—12 ч. Он быстро проникает в большинство тканей и органов (костную ткань, ткани глаза, за исключением хрусталика, печень, почки, легкие, поджелудочную, предстательную и щитовидную железы). Особенно высокие концентрации определяются в почках, печени, затем в легких и лимфатических узлах. Проникает в плевральную и асцитическую жидкость и внутрь лейкоцитов. Накапливается в костях и воспаленных тканях. Слабо проникает в спинномозговую жидкость, в которой отмечается до 5—10%, а при менингите — до 15—25% наблюдаемого в крови, с максимальным содержанием через 6—12 ч. Хорошо проникает в плод, где может оказывать отрицательное побочное, а иногда даже тератогенное действие. Тетрациклин характеризуется тропизмом к молодым, активно растущим тканям. Проникает и в клетки чувствительных микроорганизмов. Из организма выделяется быстро, в основном с мочой (15— 25 % введенной дозы), образуя в ней высокие концентрации (до 50—300 мкг/мл), иногда в 50—100 раз превышающие содержание в крови. Часть антибиотика выделяется с желчью, в которой могут наблюдаться концентрации, в 5—10 раз превышающие содержание в крови. Хорошо проникает в молоко, образуя концентрации 50— 200 мг в 100 мл, поэтому препарат не следует назначать кормящим женщинам. У новорожденных тетрациклин выделяется значительно слабее, чем у детей старших возрастных групп. Большая часть подвергается в организме инактивированию и выделяется в неактивном состоянии. Выраженным кумулятивным действием не обладает, но в некоторых органах может накапливаться, особенно в костной ткани и печени, в меньшей степени в почках и легких.

 

 

2. Технология получения тетрациклина.

2.1 Методы культивирования продуцента тетрациклина.

 

В современных условиях наиболее перспективным  методом выращивания микроорганизмов — продуцентов антибиотиков признан метод глубинного культивирования. Метод состоит в том, что микроорганизм развивается в толще жидкой питательной среды, через которую непрерывно пропускается стерильный воздух, и среда перемешивается.