ІІ. Подбор условий культивирования продуцетов антибиотиков

1) Оптимизация ПС для накопления антибиотика

2) Отработка технологическеих режимов (рН, аерация, температура)

 

1) Классификация сред:

Среды жидкие – используются для промышленного культивирования

Среды плотные – используются для изучения цикла развития микроорганизмов, архитектоники колоний, для выделения чистой культуры

Сыпучие – для сохранения спор грибов и актиномицетов.

 

При выборе среды нужно учитывать физиологические особенности продуцента.

Например: Молочно-кислые бактерии требовательны к ростовым факторам

Основные компоненты ПС: N, C, микроэлементы, микроеэелементы, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Co, галогены: Cl, I, Br

 

Источники N:

Аммонийные соли соли, HNO_3, гидролизаты белков

Использование аммонийных солей плесневыми грибами зависит от присутствия орг кислот, небольшое количество способствует лутшему усвоению азота – литарная, фумарная

 

Источник С:

Микроорганизмы очень чувствительны к нему. Установлено, что для некоторых микроорганизмов источником С есть: глюкоза и аспарагиновая кислота или глюкоза и молочная кислота.

При раздельном использовании этих источников антибиотическая активность штамма падает.

 

Основные источники С: картофельный крахмал, кукурузная мука – данные источники подходят для штаммов, которые обладают мощными амилолитическими ферментами.

Главное условие правильного подбора питательных сред – соотношение источников С и N – 20:1

 

Макроэлементы:

Фосфор:

стимулирует проницаемость ЦПМ, участвует в трансформации энергии и формировании систем, входит в структуру полифосфатов.

Источники: фосфаты или фетаты (соли инозид фосфорных кислот)

Недостаток и избыток ослабляет метаболизм кл. и образование антибиотиков.

 

Класификация продуцентов антибиотиков по потребностям Р:

1) Высокочувствительные продукты,

Допускается концентрация Р менее 10%

 Это продуценты тетрациклина нистатина валкомицина

2) Среднечувствительные.

Допускается 10-15% мг % в среде. Это продуценты стрептомиина, эритромицина

3) Малочувствительные

Допускается концентрация Р 18-200 мг % в среде. Это продуценты грамицидин, новобиотина.

 

Сульфур:

Содержится в белка в простетических группах некоторых ферментов. При ее отсутствии нарушается биосинтез белка.

S входит в структура нукоторых антибиотиков: цефалоспорины, пеницилины, бацитроцин, низин.

Колебание в среде источника S приводт к изменению биосинтеза антибиотиков.

 

Калий:

Выполняет такие функции:

- К-Na обмен к клетке

- каталитическая функция

- активатор амилазы и ряду других ферментов

 

Кальций:

- стабилизирует ЦПМ

- регулирует рН среды

- активирует ферменты

- влияет на усваивание – азота и фосфора клетками.

 

Магний:

- в хелатном соединении находится в Mg-АТФ

- регулирует активность ферментов

- принимает участие в стабилизации структуры ДНК

- влияет на процесс антибиотикообразования

 

Микроэлементы:

Входят в состав ферментов и и участвуют пв процессе метаболизма клетки. Также микроэлементы присутствуют в хелатных соединениях.

 

Железо:

- Играет каталитическую роль

- Входит в состав гемов цитохромов

- Включается в структуру некоторых антибиотиков

 

Медь:

Принимает участие в образовании некторых ферментных систем в сочетании с белками.

Fe и Cu у некоторызх антибиотиков выступают в роли антагонистов.

 

Цинк:

- Оказывает влияние на фосфатный и азотный обмены в клетке

- принимает участие в реакции окислительного фосфорилирования.

- имеет калалитическую роль в ДНК-полимеразе

- Участвует в синтезе некторых антибиотиков – хлорамфеникола, пенцицилина, стрептомицина.

Недостаток – может привести к нарушению формулы иРНК и синтеза белка

 

Кобальт:

Играет рол в биосинтезе антибиотиков – гентамицин и корамицин

 

Манган:

- Составная часть некоротых ферментов – карбоксилаз, фосфатаз

- Принимает участие в синтезе протеиназ

Галогены:

Играет роль в биосинтезе: тетрациклина, хлорамфеникола

2) Условия культивирования:

рН среды:

рН влияет на активность ферментов.

Оптимальное значение рН – нейтральное

Для актиномицетов – 6,7-7,8

Для ацитофильных актиномицетов – 3,5-7,6

В порцессе роста рН изменяется и подбирая состав среды его можног регулировать.

1) Если в среде источник азота – нитрат аммония и отсутствует Са, то при использовании азота будет идти резкое понижение рН.

2)  Если в качестве источника выступает нитрат калия, то при использовании азота буде происходить резкое выщелачивание.

 

Температура:

Все продуценты антибиотиков делятся на термофилов, мезофиллов и психрофилов.

 

Например: B. bravis – при t = 30 ^oC – культура развивается;

При t = 40 ^oC – осуществляется синтез антибиотика.

Отклонени температуроы клуьтивирования от нормы вызывает замедления и синтеза антибиотиков. Это изменения связано с:

а) изменением активности ферментов

б) изменением активности клеточных мембран

- изменение отношения ненасыщенных и насыщенных кислот в мембранах

- изменением состава клеточной стенки

- нарушение транспорта антибиотика через ЦПМ

 

Аэрация:

Большинство продуцентов антибиотиков – аэробные культуры. Степень аэрации – один из способов кислотно-восстановительных условий микроорганизма и служит основным процессом обмена веществ.

Существет три типа аэрации:

- встряхивание клуьтуральной жидкости на качалках

- выращивание микроорганизмов в виде пленки на поверхности плотной питательной среды.

- путем продувания определенного количесва воздухы через ПС (найболее эфективный метод)

Степень аэрации рассчитывается по такой формуле:

Обьем воздуха, л/ обьем ПС, л

 

Интенсивность аэрации:

Определяется скоростью вступления кислорода растворимого в среде.

Использует датчики с платиновыми или серебряными электродами.

Степень аэрации культур, котроые выращиваются в виде пленки на поверхнолсти можно регулировать изменение площади развития С и слоя жидкость аэрации будет больше.

Аэрация зависит от способа перешивания

Часто используется смешанно культивирование, когда всместе с продуцентом используют микроорганизм другого вида – интуктор образования антибиотиков.

 

Роль индуктора

1. Индуктор может выделять в клуьтуру жикость. Прдукты жизнедеятельности и эти продукты жизнедеятельности могут быть использованы продуцентом.

2. В смешанных культурах ферментативная реакция может быть использоваа ферментативной реацией другого организма.

3. Один мироорганизм может образовывать стимуляторы роста для другого микроорганизма

4. В смешанной культуре один микроорганизм мозжет выделять ферменты которые вызывают трансформацию антибиотика другого продуцента.

5. Образование продуктов жизнедеятельности индуктора вызывает приостановку роста микроба продуцента – микроорганизм начинает образовывать антибиотик.