Kemisk struktur og fermenteringsproces af penicillin: Af Alexander Fleming
Kemisk struktur og fermenteringsproces af penicillin: Ved Alexander Fleming!
Penicillin blev beskrevet af Alexander Fleming i 1929. En forskningsgruppe ved Oxford under Florey og Chain isolerede den fra overfladisk kultur af Penicillium notatum i 1940, og den første kliniske anvendelse af penicillin var i 1941.
Penicilliner produceres af mange svampe, især Penicillium og Aspergillus-arter.
Kemisk struktur:
Penicillins grundstruktur er 6-aminopenicillansyre (6-APA), som består af en thiazolidinring med en kondenseret p-lactamring. 6-APA bærer en variabel acyldel i position 6 som vist i figur 12.5. Hvis penicillin-fermenteringen udføres uden tilsætning af sidekædeforstadier, fremstilles de naturlige penicilliner. Fra denne blanding er kun benzylpenicillin terapeutisk nyttig; de andre forbindelser skal fjernes ved produktgendannelsestrinnet.
Gæringen kan styres bedre ved at tilsætte en sidekædeforstadie, således at der kun produceres et ønsket penicillin. For at producere semisyntetiske penicilliner anvendes penicillin G (til tider penicillin V i stedet) splittet kemisk eller enzymatisk til dannelse af 6-APA, som kemisk recirkuleres til dannelse af 6-APA, som kemisk recirkuleres for at danne endnu et penicillinderivat.
Stimforbedring:
Svampen P. notatum, som oprindeligt blev brugt af Fleming til penicillinproduktion, gav et dårligt resultat. Desuden blev mange stammer af denne svamp udviklet, som producerede mange gange mere penicillin end de oprindelige. Foruden P. notatum blev P. chrysogenum også testet, hvilket gav gode resultater i nedsænket kulturtilstand. De efterfølgende udvalgte stammer producerede penicillin i forøget mængde.
Fermenteringsmedium:
For første gang blev overfladekultur af P. notatum udført i Czapex-Dox bouillon. Penicillinproduktionen øges ved at supplere den med de organiske materialer, såsom gærekstrakt, kasein eller oksekstrakt. Derudover blev der også opnået øget udbytte ved ændring af bomuldsfrø, peanutmel og sojabønnemel. Flere naturlige penicilliner fremstilles, når et passende medium fermenteres af P. chrysogenum i fravær af suppleret percursor.
Produktionen af disse naturlige penicilliner stimuleres også af tilstedeværelsen af fedtsyrer i mediet. Calam og Hockenhull (1949) udviklede et kemisk defineret medium, som understøttede produktion af antibiotika af mange stammer af P. chrysogenum. Produktion af antibiotika blev også forøget ved at holde pH-værdien af fermenteringsmedium mellem 6, 8 og 7, 4; tilsætning af buffermidler, f.eks. CaC03 og phosphat til mediet og sterilt H2S04 og NaOH, når det kræves; temperaturen holdes ved 25 ± 0, 5 ° C under inkubation og omrøring af kulturen til beluftning i en stor fermentor.
Fermenteringsproces:
Penicilliner fremstilles i stor skala i en kommercielt udformet fermenter, som giver optimale vækstbetingelser til P. chrysogenum for maksimal udbytte. Følgende er trinene til fermentering af benzylpenicillin, dvs. Penicillin G.
1. Inokuler 100 ml medium i 500 ml Erlenmeyer-kolbe med spor af P. chrysogenum-stammer og inkuber ved 25 ° C ved at holde dem på en roterende ryster.
2. Efter 4 dage overføres indholdet af kolben til en anden kolbe (4 liter kapacitet) indeholdende 2 liter medium og inkuberes 2 dage tidligere.
3. Overfør indholdet til en rustfri ståltank (800 liter kapacitet), der indeholder 500 liter medium. Denne tank er udstyret på en sådan måde, at den kunne give de optimale betingelser for svampevækst.
4. Efter 3 dage skal indholdet anvendes til podning af ca. 1, 80, 000 liter medium, der holdes i en fermentor (2, 50, 000 liter kapacitet). Den senere er udstyret med automatiske enheder til optimale vækstbetingelser (f.eks. Temperatur, pH, O2 osv.).
5. Filter indholdet af fermenteren efter 6 dages inkubation. Filtrer indeholder penicillin. Træk penicillinet ud i amyl eller butylacetat. Fra det overfører penicillinet til vandigt opløsningsmiddel ved ekstraktion med phosphatpuffer.
Fra en butanol-vandblanding krystalliserer kaliumpenicillinet G. Genoprens kaliumpenicillin G igen, inden det anvendes.
