Penicillium griseofulvum продуцент антибіотика гризеофульвіну

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ  УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

 

Кафедра біотехнології  і мікробіології

 

 

 

Курсовий проект

 

 

З дисципліни «Основи наукових досліджень»

на тему «Penicillium griseofulvum продуцент антибіотика гризеофульвіну»

 

 

 

 

 

 

Виконав студент  групи БТЕК - ІІІ - 3                        Кістенюк Н.С.

Керівник, канд. біол. наук.                                            Скроцька О.І.

 

 

 

Київ 2013 р.

 

ЗМІСТ

РЕФЕРАТ………………………………………………………………….4

ВСТУП……………………………………………………………………. 6

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД  ЛІТЕРАТУРИ

РОЗДІЛ 1. Значення антибіотиків у життєдіяльності  людини……………...8

1.1. Вплив гризеофульвіну на біохімічні процеси в організмі………....8

1.2. Галузі застосування та потреба на ринку гризеофульфіну ………..9

РОЗДІЛ 2. Порівняльна  характеристика методів одержання і промислових способів виробництва гризеофульвіну…………………………………….…11

2.1. Мікробіологічний синтез гризеофульвіну……..…………………..11

2.2. Хімічний синтез гризеофульвіну ……………………………….….12

2.3. Вплив основих параметрів та фізико - хімічний вплив одержання гризеофульвіну ……………………………………..…………………………14

ТЕХНОЛОГІЧНА  ЧАСТИНА РОБОТИ

РОЗДІЛ 3. Характеристика кінцевого продукту − антибіотика гризеофульвіну..………………………………………………………………..16

РОЗДІЛ 4. Обгрунтування  вибору технологічної схеми ………………..…..18

4.1. Обгрунтування способу проведення біосинтезу……… …………..18

4.2. Обгрунтування вибору біологічного агента для синтезу гризеофульвіну…….….......................................................................................20

4.3. Обгрунтування вибору складу поживного середовища для культивування Penicillium griseofulvum ……………………………………...23

4.4. Розрахунок складу поживного середовища для культивування Penicillium griseofulvum …………………………………………………….…24

4.5.Обгрунтування  вибору ферментаційного обладнання……………..28

РОЗДІЛ 5. Характеристика Penicillium griseofulvum …………………....…..34

5.1. Морфолого-культуральні ознаки…………………………...…….....34

5.2. Фізіолого-біохімічні ознаки біологічного агента .............................35

5. 3. Таксономічний статус біологічного агента……………………....….36

5. 4. Схема біотрансформації  ростового субстрату……………………..37

5. 4. 1. Шляхи біоснтезу антибіотика гризеофульвіну з глюкози та

лактози ……………………………………….…………………………….37

РОЗДІЛ 6. Опис технологічного процесу біосинтезу гризеофульвіну ……...39

6.1. Підрахунок кількості стадій підготовки посівного матеріалу…….39

6.2. Опис технологічного процесу………………………………………..39

6.3. Контроль  виробництва………………………………………………..53

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………..…………..…..66

 

 

 

 

Реферат

Робота присвячена виробництву антибіотика гризеофульвіну, який виділений із Penicillium griseofulvum. Гризеофульвін – протигрибковий антибіотик широкого спектру дії, який може використовується у медицині, рослинництві та ветеринарії. Культивування проходить при t = 28 °С,           pH = 6,8 - 7,2, аерація близько одиниці. Робота складається зі вступу, 6 розділів та списку використаної літератури із 27 найменувань. Загальний обсяг роботи 61 сторінки,7 рисунків,1 таблиця, 3 креслень формату А2.

У роботі дано обґрунтування  та викладено технологічний процес ділянки біосинтезу виробництва препарату, який включає блок допоміжних робіт та стадії вирощування культури

Ключові слова: Penicillium griseofulvum, гризеофульвін, технологічна схема, допоміжні роботи, виробничий процес, поживне середовище, біологічний агент, антибіотики, лікарський засіб.

 

Перелік умовних  позначень

АТФ – аденозинтрифосфорна  кислота

ДСТУ – державний  стандарт України

ДР – допоміжні  роботи

ЗВ – знешкодження відходів

КТ – контроль технологічний

КМ – контроль мікробіологічний

НАДН – нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат

НАДФН – нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат відновлений

ТП – технологічний  процес

ТУ – технічні умови

 

Вступ

Друга половина ХХ століття характеризувалася помітним зростанням рівня захворюваності на мікози. Широкого територіального поширення набула низка грибкових інфекцій, зокрема дерматофітій, що можна пояснити інтенсивною міграцією населення та зміною способу життя в індустріальних країнах. Це зростання не вдалося зупинити і після впровадження новітніх фармацевтичних засобів. За даними ВООЗ, кожний п’ятий житель землі інфікований грибками, а кожний десятий має виражені клінічні прояви грибкових інфекцій. Частота ураження населення європейських країн мікотичними інфекціями становить від 20 до 70 % [11]. Незважаючи на очевидні успіхи та досягненя медицини, кількість таких хворих кожного року стрімко зростає.

Аналогічна ситуація склалася і в Україні. Актуальність проблеми грибкових захворювань у Київський  області обумовлена високим рівнем і неухильним зростанням дерматофітів серед населення. За даними статистичної звітності у 2012 році було зареєстровано, порівняно з попередніми роками захворюваність грибковими інфекціями, значно більше хворих на 10 − 12 %, а за останнє десятиліття частота мікозів серед онкологічних хворих зросла до 25 % [10, 11].

Актуальністю  проекту є застосування антибіотика широкого спектру дії гризеофульвіну – це хлорвмісний антибіотик, продукт біосинтезу цвілевих грибів Penicillium griseofulvum, який добре зарекомендував себе в лікуванні проти збудників мікозу шкіри, волосся, нігтів: трихофітія, фавус, мікроспорія волосистої частини голови, гладкої шкіри, дерматомікоз бороди і вусів, епідермофітія гладкої шкіри, епідермофітія стоп, пахова епідермофітія, оніхомікози, трихофітії. Також гризеофульвін діє проти ракових клітин. За останні роки було розроблено виробництво гризеофульфіну у різних лікарських формах, у зв'язку з широким застосуванням антибіотика на практиці. Користується популярністю препарат у ветеринарії та рослинництві [2, 29].

Великою перевагою  антибіотику є те, що він підходить  для лікування дітей та не має побічних ефектів. Препарат швидко всмоктується та забезпечує оптимальну концентрацію препарату в організмі протягом тривалого часу [2].

Новизною  проекту є використання штаму Penicillium griseofulvum MTCC 2004, який раніше не мав важливого значення для біотехнології. Даний продуцент здатний синтезувати 540 г/мл гризеофульвіну, а попередній промисловий продуцент Penicillium urticae - 420 г/мл гризеофульвіну [19, 23].

 

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

РОЗДІЛ 1. Значення гризеофульвіну у життєдіяльності людини

Ера антибіотикотерапії грибкових інфекцій почалась з відкриття  протидерматофітного препарату  гризеофульвіну і полієнового антибіотика  ністатину в 1951 році. Відтоді з'явились  десятки протигрибкових засобів [7].

Грибковими  захворюваннями страждають, за даними різних авторів, від 25 до 30% дорослого  населення. До групи ризику (тобто  особи, найбільш уразливими і схильні  захворювань) входять члени організованих  колективів (військовослужбовці), відвідувачі лазень і басейнів, власники домашніх тварин, а також люди, які страждають підвищеною пітливістю, плоскостопістю, порушенням кровопостачання нижніх кінцівок, хворі на цукровий діабет та особи, які мають порушення імунного імунітету [12].

Лікування дерматомікозів має проводитися комплексно з  використанням засобів системної  та місцевої терапії. Головним критерієм  при виборі системного антибіотика  є спектр його дії, а якщо етіологія  захворювання невідома або виділено декілька збудників, то призначають препарат широкого спектру дії, що пригнічує активність дерматофітів [10, 12]. Гризеофульвін – ефективний препарат для боротьби проти дерматомікозів широко спектру дії. Застосовують його в практиці вже понад 60 років, але він і досі не втратив своєї актуальності [7].

1.1. Вплив на біохімічні процеси в організмі

Гризеофульвін має фунгістичну дію відносно дерматофітів, трихофітонів, епідермофітів, ахоріонів, мікроспоріум тощо. Не діє на гриби роду Candida, збудників глибоких мікозів (гістоплазмозу, бластомікозу, хромомікозу), а також аспергіли, актиноміцети, різні бактерії і віруси. Механізм дії пов'язаний з пригніченням синтезу білка і утворення клітинної мембрани у чутливих грибів [28].

Гризеофульвін має зв'язок з білками плазми – 80%. Легко адсорбується з травного каналу, тривалий час циркулює в організмі. Особливо високі концентрації у печінці, жировій клітковині, скелетних м'язах. Незначна кількість розподіляється в рідинах і тканинах організму. Проникає через плаценту. Метаболізується в печінці з утворенням основних метаболітів: 6-метилгризеофульвіну та глюкуронідного похідного. Період виведення з орагізму становить 24 год. Виводиться нирками [2, 28].

Передозування препарату призводить до реакції з боку шкіри, контактний дерматит, сухість шкіри, легка печія, свербіж. При всмоктуванні крізь шкіру можливі: головний біль, нудота, блювання, непритомність, явища дезорієнтації, кропив’янка, еозинофілія, лейкопенія.

Препарат проявляє тропність до пошкодженої шкіри, де депонується, зв'язуючись із кератином. При цьому кератин набуває стійкості до збудників вказаних дерматомікозів, а проростаючі волосся і нігті не пошкоджуються інфекцією. Оскільки кератин вмісні структури шкіри постійно злущуються, то в процесі репарації вони замінюються неінфікованими клітинами [28].

1.2. Галузі  застосування та потреба на  ринку гризеофульфіну

Протигрибковий  антибіотик гризеофульвін описаний у 1939 році і впродовж багатьох років  вважався не активним. Тільки з кінця 50 – х років ХХ став використовуватися у клінічній практиці [8].

На сьогоднішній день антибіотик гризеофульвін знайшов широкого використання у медицині та сільськомугогосподарстві.

Гризеофульвін широко використовують у дерматології, препарат діє проти грибкових інфекціях. Антибіотик виявився хорошим засобом проти стригучого лишаю, викликаний грибом Trichophyton rubrum. Він проявляє позитивну дію при лікуванні ряду шкірних захворювань і хворобливий нігтів. Викликає порушення структури мітотичного веретена під час поділу і синтезу клітинної стінки у хітиновмісних грибів, пригнічує поділ грибкових клітин у метафазі і синтез білка через порушення зв'язку з матричною РНК [28].

Гризеофульвін не токсичний препарат, його можна  застосовувати для лікування  дітей. Його випускають у різних лікарських формах.

Також антибіотик гризеофульвін застосовується в онкології. Препарат процеси розходження хромосом під час мітотичного поділу ракових клітин і це призводить до їх руйнуванню. На сьогоднішній день вчені працюють над створенням аналога гризеофульвіну, який буде мати більш виражену протипухлину дію [22, 27].

В сільському господарстві, зоопарках дуже часто використовують цей препарат адже за його допомогою можливо вилікувати тварин. Фабрики, які займаються виробництвом хутра теж дуже активно використовують гризеофульвін, тому що він швидко виявляє свою специфічну дію і зберігається в організмі тривалий час у терапевтичній концентрації. Він ефективний при різному ступені захворювання тварин дерматомікозів а також при зниженому імунітету при проведенні специфічної профілактики і вакцинотерапії. Також можливим є використання у якості кормової добавки [7, 14, 16].

Гризеофульвін використовуються для лікування сільськогосподарських рослин. Ефективний препарат для боротьби з борошнистою росою полуниці, огірків, зі збудником в'янення цитрусових; він проявляє біологічну дію проти збудника кили капусти. Антибіотик, нанесений на наземні частини рослин або внесений в ґрунт, проникає у рослину через кореневу систему, стебло або листя. Однак, гризеофульвін, поширюються по тканинам і органам рослини повільно 30 – 40 хв. Потрапивши в рослину, антибіотики зберігаються в його тканинах порівняно довго – від 5 до 20 діб [7, 14].

Взалежності від  виду виявляються рослини, які можуть накопичувати значні концентрації антибіотика, що надійшов через кореневу систему. Прикладом може слугувати горох, в корінні якого через 30 хв активність антибіотику досягає 30 – 40 од/г, а в листях значно менше - 10 од/г [7].

 

РОЗДІЛ 2. Порівняльна характеристика методів одержання і промислових способів виробництва гризеофульвіну

2.1.Мікробіологічний синтез

З експериментів із уведенням міченої оцтової кислоти було зроблено висновок, що багато які антибіотики синтезуються конденсацією ацетатних та пропіонатних одиниць. До ряду таких антибіотиків входить гризеофульфін, тетрациклін, анзаміцин [8].

Гризеофульвін отримують в промислових умовах при культивуванні Penicillium griseofulvum та P. urticae (P. paiulum) в глибинних умовах в середовищі, що містить кукурудзяний екстракт, лактозу, КН₂Р0₄ і KCl.

Також можливі  такі продуценти гризеофульвіну P. urticae, P. nigricans, P. raislrichi, але вони не знайшли широкого застосування у біотехнології [15].

Схему біосинтезу гризеофульвіну в культурах Penicillium griseofulvum та Penicillium putulum досліджували як із уведенням мічених попередників, так і з виділенням передбачуваних проміжних продуктів. З однієї ацетатної і шести малонатних одиниць утворюється заміщений бензофенон (рис.1).