Вопрос №2: Промышленное получение антибиотиков методом прямой ферментации. Особенности культивирования. Требования к питательным средам и аэрации.

В промышленности антибиотики получают методом прямой ферментации.Прямая ферментация микроорганизма-продуцента с веществом, являющимся метаболическим предшественником получаемого антибиотика и стимулирующим процесс его биосинтеза. Например, биосинтез бензилпенициллина ведут в присутствии фенилуксусной кислоты, макролидов – в присутствии пропионовой кислоты ипропилового спирта.

Процесс ферментации, заключается в том, что на заранее подготовленных посевных питательных средах получают несколько поколений микроорганизмов — продуцентов антибиотика, а затем полученную культуру используют для посева на жидкой питательной среде в специальных аппаратах-ферментерах. Для этого процесса должны быть созданы определенные оптимальные условия, так как чем успешнее и продуктивнее будет протекать ферментация, тем большим будет выход и лучше качество полученного продукта. В настоящее время производство антибиотиков полностью перешло от так называемого метода поверхностной ферментации, когда культуру выращивали на поверхности жидкой питательной среды (так впервые получали пенициллин), к прямому методу, при котором мицелий растет во всей обширной массе ферментационной среды. Это удается выполнить с помощью интенсивного и постоянного перемешивания среды и продувания через нее стерильного воздуха (так называемая аэрация среды).

Принципиальная основа производства антибиотиков примерно аналогична для всех препаратов, а поэтому и технология их изготовления почти одинакова.
Вначале посевной материал выращивают в колбах, которые заранее заполняют стерильной питательной средой. На эту среду наносят полученную с посевной станции культуру, а сами колбы для лучшего перемешивания помещают на качалки (аппараты для встряхивания).

Для первого пересева используются так называемые инокуляторы — аппараты из нержавеющей стали (емкостью от 100 до 500 л), снабженные мешалкой, рубашкой (для обогрева или охлаждения) и барботером для равномерного распределения воздуха. Перед засевом инокулятора его тщательно стерилизуют, проверяют на герметичность и загружают стерильной питательной средой. Засев инокулятора производится материалом, полученным в лаборатории в посевных колбах. Выращивание культуры происходит при температуре 27—28°, повышенном давлении с постоянным перемешиванием среды и интенсивной аэрации.

Дальнейшие процессы осуществляются сначала в специальных посевных аппаратах, а затем — в ферментерах. Последние представляют собой огромные емкости объемом от 10 000 до 100 000 л, которые устанавливают в производственных зданиях, имеющих высоту до 15 м. Они служат для проведения самой существенной операции в этом производстве — ферментации продуцента и получения антибиотика.

Большинство изученных продуцентов антибиотиков являются аэробами. Для биосинтеза многих антибиотиков (пенициллин, стрептомицин и др.) максимальное их накопление происходит при степени аэрации, равной единице, при которой через определенный объем среды за 1 мин продувается такой же объем воздуха. В процессе развития продуцента антибиотика в промышленных условиях потребность организма в кислороде меняется в зависимости от стадии развития, вязкости культуральной жидкости и других факторов. На определенных стадиях могут возникнуть ситуации, связанные с кислородным голоданием продуцента. В этих условиях следует принимать дополнительные меры, например, повышение концентрации окислителя добавлением пероксида водорода.

Натуральные (комплексные) среды, состоящие из природных соединений и имеющие неопределенный химический состав (части зеленых растений, животные ткани, солод, дрожжи, фрукты, овощи, навоз, почва и т. д.), содержат все компоненты, необходимые для роста и развития микроорганизмов большинства видов. Используются следующие среды:

- мясопептонная среда, в состав которой одновременно с мясным экстрактом и пептоном входят хлорид натрия, фосфат калия, иногда глюкоза или сахароза; используется обычно в лабораторной практике.

- картофельные среды с глюкозой и пептоном, часто используемые в лаборатории для культивирования многих видов актиномицетов и бактерий;

- среды с кукурузным экстрактом, соевой мукой, бардой и другими веществами, в состав которых входят сульфат аммония, карбонат кальция, фосфаты, глюкоза, сахароза, лактоза или иные углеводы и ряд других соединений; среды успешно применяются в промышленности, т. к. являются дешевыми и обеспечивают хорошее развитие микроорганизмов с высоким выходом антибиотиков.