Sản xuất kháng sinh

Sản xuất penicillin là một trong những ứng dụng thương mại quan trọng đã thành công trong việc phát triển các quá trình nuôi cấy vi sinh vật ở quy mô phòng thí nghiệm thành quy mô sản xuất công nghiệp. Giữa năm 1941 và 1945, sản xuất penicillin của Mỹ tăng từ chỗ hầu như không có gì đến 650 tỷ đơn vị7 trên một tháng, trong khi đó giá của nó giảm từ 20 USD trên 100.000 đơn vị xuống còn 60 cent. Hiệu suất của penicillin cũng đã được tăng lên hàng ngàn lần nhờ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sản xuất kháng sinh Sản xuất kháng sinh1. Sản xuất penicillinSản xuất penicillin là một trong những ứng dụng thương mại quan trọng đãthành công trong việc phát triển các quá trình nuôi cấy vi sinh vật ở quy môphòng thí nghiệm thành quy mô sản xuất công nghiệp.Giữa năm 1941 và 1945, sản xuất penicillin của Mỹ tăng từ chỗ hầu nhưkhông có gì đến 650 tỷ đơn vị7 trên một tháng, trong khi đó giá của nó giảmtừ 20 USD trên 100.000 đơn vị xuống còn 60 cent. Hiệu suất của penicillincũng đã được tăng lên hàng ngàn lần nhờ vào những yếu tố sau:- Cải thiện thành phần môi trường-nước chiết ngâm ngô được dùng làm chấtkhởi động sinh trưởng, dùng lactose thay cho glucose, và bổ sungphenylacetic acid.- Phát triển các kỹ thuật nuôi cấy chìm.- Tạo ra các chủng đột biến của Penicillium chrysognum bằng phương phápchiếu xạ tia cực tím và tia X.- Các phương pháp hiện đại của các kỹ thuật phân tách và tinh sạch đầu ra(downstream processing).Ngày nay, hiệu suất của penicillin thậm chí còn cao hơn nữa bởi kỹ thuậtchọn lọc các thể đột biến tốt hơn, cũng như cải thiện môi trường và các kỹthuật lên men hợp lý hơn.Các bước chính của kỹ thuật sản xuất penicillin- Chuẩn bị và khử trùng môi trường. Môi trường đặc trưng chứa nước chiếtngâm ngô (4-5% trọng lượng khô), bổ sung nguồn nitrogen như là bột đậunành, dịch chiết nấm men, chất lỏng giống nước sau khi sữa chua đông lại;nguồn carbon là lactose, và một số loại đệm khác.- Tiếp mẫu (cấy gây). Các bào tử đã đông khô sinh trưởng trên môi trườngthạch nghiêng được cấy gây vào môi trường lỏng trong bình tam giác để nuôicấy lắc, tiếp theo là nuôi cấy kết hạt thứ cấp và sơ cấp, và nuôi cấy trong hệlên men quy mô lớn có thể tích tăng lên nhiều lần. Việc tăng dần thể tích củanuôi cấy kết hạt được thực hiện để tạo ra một lượng mẫu đủ lớn đưa vào nuôicấy sao cho mỗi bước được rút ngắn hợp lý và thiết bị quy mô lớn được sửdụng hiệu quả.- Nuôi cấy. Hệ lên men có cánh khuấy được sử dụng trong kiểu lên men mẻcó cung cấp dinh dưỡng (fed-batch culture) là glucose và nitrogen trong suốtquá trình nuôi cấy. Kích thước đặc trưng của bình nuôi khoảng từ 40.000-200.000 L. Oxygen được cung cấp bằng phương pháp phun không khí ở tốcđộ 0,5-1,0 thể tích không khí/thể tích chất lỏng/phút. Công suất đưa vào đểquay turbine và phun khí là khoảng 1-4 W/L. Độ pH được duy trì ở 6,5.Trong lên men penicillin đặc trưng hầu hết sinh khối tế bào cần thiết được thutrong suốt 40 giờ đầu tiên. Penicillin bắt đầu được sản xuất ở pha sinh trưởnghàm mũ và tiếp tục được sản xuất cho tới khi nó đạt tới pha tĩnh. Sự sinhtrưởng phải được tiếp tục ở một tốc độ tối thiểu nhất định để duy trì sảnlượng penicillin cao. Đây là lý do tại sao glucose và nitrogen được cung cấpliên tục trong suốt quá trình lên men mặc dù chúng đã được bổ sung vào môitrường ngay từ đầu. Penicillin sau khi được tế bào sản xuất đã tiết vào môitrường nuôi cấy.- Quá trình downstream. Sau khi loại bỏ hệ sợi nấm mốc, penicillin đượcphân tách từ canh trường (môi trường nuôi cấy) bằng phương thức chiết dòngnước ngược hai giai đoạn liên tục với amyl hoặc butyl acetate.2. Sản xuất streptomycinStreptomycin là một kháng sinh dùng phổ biến trong y học, thú y và bảo vệthực vật. Streptomycin được phát hiện vào năm 1944 từ dịch nuôi cấy mộtchủng xạ khuẩn Streptomyces griseus (còn gọi là Actinomycesstreptomycin). Giống xạ khuẩn sinh streptomycin khi nuôi cấy chìm pháttriển thành hai pha:- Pha thứ nhất (pha sinh trưởng mạnh). Các bào tử nảy chồi và mọc thành sợisau 6-8 giờ, mỗi bào tử mọc một chồi, khuẩn ty thường thẳng và phân nhánhrất yếu, tế bào chất ưa kiềm.- Pha thứ hai (khuẩn ty không phát triển). Cuối ngày thứ ba sợi xạ khuẩn bịchia nhỏ và bắt đầu tự phân.Những giống sinh streptomycin thường không ổn định. Do đó, trong tươnglai cần có sự can thiệp của công nghệ DNA tái tổ hợp (xem chương 8) nhằmtạo ra những giống có hoạt lực cao và ổn định để đưa vào sản xuất. Giữ bàotử ở dạng đông khô trong khoảng năm năm có thể còn 96-99% hoạt lực, trongcát thạch anh tới ba năm, trên môi trường thạch nước đậu ở 5oC tới một năm.Các nguồn carbon mà giống Streptomyces có thể đồng hóa được và sinhkháng sinh là glucose, tinh bột, dextrin, maltose, fructose, galactose, manose.Trong thực tế, glucose và tinh bột được dùng làm nguồn nguyên liệu trongsản xuất streptomycin.Các phương pháp sản xuất streptomycinLên men streptomycin được thực hiện theo phương pháp nuôi cấy chìm. Quátrình lên men này cũng giống như lên men các loại kháng sinh khác, bao gồmcác giai đoạn: nhân giống và lên men chính.- Nhân giống. Giống xạ khuẩn được bảo quản ở dạng bào tử. Cấy bào tử vàomôi trường nhân giống trong bình tam giác, lắc 180-220 vòng/phút ở 26-28oC/30-70 giờ, sau đó cho tiếp vào các nồi nhân giống (có sục khívà khuấy), nuôi tiếp cho phát triển sinh khối 20-40 giờ. Nhiệm vụ chính tronggiai đoạn nhân giống là tạo ra một khối lượng lớn khuẩn ty xạ khuẩn ưa kiềmcó khả nă ...