Biosinteza antibioticelor

Biosinteza antibioticelor

Producerea industriala a antibioticelor presupune, in primul rand, transferul inoculului din laborator in instalatia industriala, in conditii de sterilitate. Procesul cresterii microorganismului producator si al biosintezei antibioticului dureaza intre 3 si 10 zile. {n etapa a II-a, mediul este supus prelucrarii pentru indepartarea celulelor, iar supernatantul este supus procedeelor specifice pentru purificarea antibioticului si determinarea proprietatilor antimicrobiene prin metoda difuziei in mediul nutritiv agarizat, repartizat in placi Petri. Pe mediul din placi se insamanteaza microorganismul test si se aplica rondelele de hartie de filtru imbibate in solutia de antibiotic. {n functie de diametrul zonei de inhibitie, se stabilesc proprietatile antimicrobiene ale antibioticului, in comparatie cu aceea a unei solutii standard de antibiotic. Puterea antimicrobiana se exprima in unitati de activitate/mg de produs. Unitatea de activitate este mg. Pentru penicilina, o unitate de activitate (UA) este 0,6 mg.

Biosinteza substantelor antibiotice de catre microorganisme are loc printr-o serie de reactii, supraadaugate reactiilor metabolice esentiale. Antibioticele sunt metaboliti secundari si multe dintre ele se sintetizeaza cand fosfatul devine factor limitant al cresterii. Caile sintezei metabolitilor primari (aminoacizi, enzime, vitamine) sunt interconectate cu caile sintezei metabolitilor secundari. Procesele prin care metabolitii primari sunt transformati in metaboliti secundari sunt cai de biosinteza.

Glucoza - cea mai buna sursa de C pentru crestere - interfera cu biosinteza multor antibiotice. Polizaharidele si oligozaharidele sunt adeseori surse mai bune de C, decat glucoza, pentru sinteza antibioticelor. {ntr-un mediu care contine glucoza si un alt glucid cu o rata mai mica de metabolizare, curba de crestere a culturii reflecta o crestere diauxica: intr-o prima etapa este folosita glucoza, fara producerea antibioticului. Dupa ce glucoza este epuizata, pentru biosinteza antibioticului este metabolizata cea de a II-a sursa de C.

Glucoza, datorita ratei crescute cu care este metabolizata, favorizeaza cresterea rapida a masei celulare, dar inhiba sinteza multor antibiotice prin efectul supresor asupra unor enime:

represeaza biosinteza kanamicinei, datorita represiei N-acetil-kanamicin-aminohidrolazei, probabil ultima enzima a caii de biosinteza a kanamicinei;

represeaza (dar nu inhiba) incorporarea valinei C¹⁴ in penicilina

interfera cu biosinteza streptomicinei prin represia ultimei enzime a caii de biosinteza.

Amoniul sau orice sursa de N usor asimilabila represeaza enzimele implicate in utilizarea altor surse de N: nitrit-reductaza, nitrat-reductaza asimilatorie, arginaza, ornitin-transaminaza, proteazele extracelulare, enzimele degradative ale purinelor, transportul ureii si enzimele care o incorporeaza in compusii organici ai celulei.

Fosforul este un factor limitant foarte important al cresterii pentru multe specii de microorganisme care produc antibiotice: Str. griseus (produce candicidina), Str. aureofaciens, inainte de sinteza tetraciclinei. Fosforul regleaza sinteza unor antibiotice: peptidice, macrolide, poliene, tetraciclina. Producerea industriala a acestor antibiotice se desfasoara la concentratii mici de P anorganic, limitante ale cresterii. Concentratiile mari, de pana la 300 mM favorizeaza cresterea masei celulare a microorganismelor producatoare, iar cele sub 10 mM sunt favorabile sintezei antibioticelor. Adaugarea P anorganic nu numai ca interfera cu sinteza antibioticelor, dar dupa cateva ore determina reversia celulelor producatoare de antibiotice, la starea de crestere.

Celulele unui microorganism producator sintetizeaza antibioticul pe toata durata viabilitatii. Celulele raman viabile atata timp cat sursa energetica este disponibila. Cauzele incetarii biosintezei sunt urmatoarele:

declinul ireversibil al uneia sau mai multor enzime ale caii de biosinteza a antibioticului. Activitatea sintetazelor antibioticelor peptidice scade rapid in cateva ore dupa declansarea sintezei antibioticului;

efectul feedback al antibioticului acumulat. Cateva antibiotice inhiba propria lor biosinteza: cloramfenicolul, cicloheximida, puromicina etc.

epuizarea precursorilor intermediari ai antibioticului.