Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
GYÓGYSZERIPARI MIKROBIOLÓGIAPiacképes gyógyászati és élelmiszeripari termékek élelmiszeripari termékek előállítása a mikrovilágképviselőinek élettani tulajdonságait ismerőtulajdonságait ismerő
szakértők közreműködésével150 ábra (2012.09.15)
Az ipari-mikrobiológia, profitot termelő alkalmazott tudomány (1870)
“Il n y a pas des sciences appliquées.
If you take care of your microbial friends, they will take care of your future
“Il n y a pas des sciences appliquées. Mais il y a des applications de la science”
Louis Pasteur 1876
will take care of your futureDavid Perlman 1960
KÜZDELEM A MIKROBIÁLIS KÓROKOZÓK ELLEN
antibiotikumok felfedezéseMikroorganizmus által létrehozott hatásos anyag Mikroorganizmus által létrehozott hatásos anyag
a mikroorganizmusok szaporodásának akadályozására (antibiózis)
P. Vuillemin 1889 (a szimbiózis ellentéte)Roberts 1870 Penicillium glaucumtenyészete mellett nem nő a baktérium
2500 éves kínai feljegyzés szerint, szóján növekedő penész sikerrel alkalmazható a furunkulus ellen
Kemoterápia
Paul Ehrlich (1854-1915) 1906 Nobel-díj„Corpora non agunt nisi fixata”„Corpora non agunt nisi fixata”P. Ehrlich — O. Hata 606Salvarsan — arzén származékA lues feltételezett korokozója leküzdésére
Τρεπο νεµω (Treponema pallidumΤρεπο νεµω (forgó fonal)
mérete 0.2 µm x 5 µm!
SALVARZÁN gátolja a piruvát dehidrogenázkomplex működését, (liponsavval a hatás felfüggeszthető!) liponsav hiányt okozva akadályozza az acetil-S-CoA képződését piruvátból
A salvarzán hatásmódja
Prontosil — Mietzsch & Klarer Domagk 1935 — PAB analog
A tetrahidrofólsav képződést zavarjaa szulfonamid jelenléte, a dehidrofólsav reduktáz
működését pedig a trimetoprim
2,4-diamino-5(3,4,5-trimetoxi-benzil)-pirimidin
pyrimetamin, a 2,4-diamino-5(p-klórfenil)-6-etil-pirimidin.
A tetrahidrofólsav kiemelkedő élettani jelentőségét igazolja többek között a timin képzésben vagy a hem bioszintézisben játszott szerepe
A szulfonamidok baktérium-spektruma
Gram-pozitív és Gram-negatív mikroorganizmusokon kívül mikroorganizmusokon kívül azActinomyces, Toxoplasma és Coccidium fajok, valamint a Plasmodium malariaeellen is felhasználhatók, sőt néhány Rickettsia szaporodását is gátoljaRickettsia szaporodását is gátoljaGyenge hatású viszont azEscherichia, Pseudomonas, Proteus, Klebsiella, Brucella, Aerobacterfajokkal szemben.
PAB analógként a tetrahidrofólsav képződést akadályozza
Para-amino-szalicil savp-amino-benzoesav analógként a tetrahidrofólsav képződést zavarja
Izo-nikotinsav-hidrazid(piridoxálfoszfát) piridoxamin, nikotinsavamid analóg
A triptofán szintetáz aktív centrumában
működő működő piridoxál-foszfát
Schiff bázist alkotva a
szerinnel, képesreagálni az indol reagálni az indol glicerofoszfáttal. Az INH zavarja ezt a reakciót.
A hatóanyageloszlása a
szevezetbenszevezetben
A giráz működését zavarja
az RNS magra feltekeredett DNS fellazítását végző giráz működését gátolja
PEFLOXACIN 1-etil-6-fluoro-7-(4-metil-1-piperazinil)4-oxo-1,4-dihidro-3-kinolinkarbonsav
Nalidix sav
Girázgátló hatású antibiotikum!
Streptomyces spheroides, S. niveus, S. griseoflavus, S. griseus, valamint több nem azonosított Streptomyces törzs termékeként is leírták.
Benzoesav származékkal szubsztituált kumarin származék, amihez egy novióz kapcsolódik. Mindkét aromás komponense shikiminsavból, a cukor komponens kapcsolódik. Mindkét aromás komponense shikiminsavból, a cukor komponens
pedig UTP-glükózból képződik.
novióz kumarin származék benzoesav származék
A terápiás szélesség megállapítása
• Anyagfelhalmozódás szövetenként eltérő• Vér-agy gát működése• Placenta elkülönítő hatása• Anyaglebomlás útja (mellékhatások)• Anyaglebomlás útja (mellékhatások)• Köztestermékek biológiai hatása, • toxicitás • kiürülése• A hatóanyag távozás: Vizelet, fécesz, • A hatóanyag távozás: Vizelet, fécesz,
verejték, légzőszerv
Hatóanyag bevitel
• Infúzióval• Emésztő csatornán• Emésztő csatornán• Intravénásan • Intramuszkulárisan• Subcutan• Inhalálás útján• Hám felszínére juttatva (kenőcs, gél, tapasz)
Antibiotikumok „aranykora”Hatásmódszerint megkülönböztethetünk baktérium sejtfalszintézist gátló,
membránkárosító, fehérjeszintézist gátló, DNS képződést gátló,DNS képződést gátló,RNS szintézist gátló vegyületeket.
Kémiai szerkezetszerint megkülönböztethetők az azetidinon (ß-laktám) szerkezetűek aminoglikozidok,
tetraciklinek,makrolidok,
ansa-láncúak, oligopeptidek,oligopeptidek,antraciklinek,
poliéterek, spirolaktonok,
ciklopentano-perhidrofenantrén vázúak, poliének,
poliketid vázból épülők,antimetabolitok (anyagcsere köztestermékek, nukleotidok és aminosavak analógjai),
Különböz ő antibiotikumokat termel ő mikroorganizmusok rendszertani csoportjai
Antibiotikum Gombák Streptomyces Micromonospora Nocardia BaktériumokAminoglikozidok +++ +++ ++ +Anthraciklink +++ ++Ansaláncuak +++ ++ +++Bleomycinek +++ ++Chloramphenicol +++ ++ +++Cycloserin +++ ++βlaktámtípusúak +++ ++ +Makrolidok +++ ++ ++ +Makrolidok +++ ++ ++ +Tetraciklinek +++Poliének +++ ++ ++.Fungisztatikumok ++ +
Fonalas prokarióták által termelt hatóanyagok
Ipari szempontból Jelent ősebb törzsek neve A hatásos anyag neveStreptomyces rimosus Oxitetraciklin Streptomyces griseus Sztreptomicin (Actidion)Streptomyces aureofaciens Aureomicin Streptomyces venezuelae Klóramfenikol Streptomyces noursei Nisztatin (Actidion) Streptomyces kanamyceticus Kanamicin Streptomyces fradiae Neomicin (Actidion)Streptomyces fradiae Neomicin (Actidion)Streptomyces erythreus Eritromicin Streptomyces cinnamonensis Monensin
A Sermonti és Hopwood által részletesen vizsgált Streptomyces coelicolorgéntérképének felderítettsége. Mai típustörzse S. violaceoruber (ATCC 14980). A Streptomyces lividans vektorgazdaként került Hopwood laboratóriumába. Escherichia coli-ban és a Streptomyces lividans--ban is jól működő,bifunkcionális plazmidjaik megalkotása
Streptomyces lividans légmicéliumának átalakulása spóralánccá
A Streptomyces-plazmid restrikciós térképe. A restrikciós enzimek hasítóhelyeit. Ez a plazmid a Streptomyces coelicolor A3,
a Streptomyces lividans 66 és a Streptomyces parvulus ATCC 12434 törzsekben képes replikálódni.
A penicillin bomlékonysága
ASCOMYCETES (perfekt) DEUTEROMYCETES (imperfekt)
• A kutató munka igazolta a fonalas gombafajok genetikai állományában a penámváz
szintézisére szolgáló enzimek génjeinek jelenlétét
ASCOMYCETES (perfekt) DEUTEROMYCETES (imperfekt)Emericella nidulans Aspergillus nidulansEurotium Penicillium notatum (chrysogenSartorya EpidermophytonEupenicillium TrichophytonTalaromyces MicrosporumCarpenteles Malbranchea Carpenteles Malbranchea Thermoascus PolypaecilumGymnoascuArthrodermaNanizza
Aminosav-összetétel egyezése
A fonalas gombák DNS állományában a Cephalosporin v áz képzéséhez szükséges enzimek jelenlétét igazolták
Az N penicillin képződéséhez szűkséges; ACV tripeptid szintetáz (ACVs), ésizopenicillin N szintetáz (IPNs) enzimeken kívül; az izopenicillin epimeráz
továbbá a gyűrűtágító rendszer, az expandáz, dezacetoxicephalosporin C szintetáz valamint a befejező lépéseket katalizáló hidroxiláz, aciláz karbamoil
transzferáz, és a metiltranszferáz jelenléte is bizonyított.
ASCOMYCETES DEUTEROMYCETESEmericellopsis Cephalosporium acremonium
(Acremonium chrysogenum)Byssochlamys Paecilomyces persicinusArachnomyces ScopulariopsisAnixiopsis Diheterospora
Spiroidium
Penicillium notatum Penicillium chrysogenum
A két faj között észlelhető anatómiai eltérés
Az antibiotikum képződése a
Penicillum chrysogenumfiziológiailag aktív
csúcssejtjében folyik
A penám váz képződésének a szerveződése
Prökaróta és eukariótaIzopenicillin-N szintetáz kémia szerkezeztének(aminosav-szekvencia)
összehasonlításaösszehasonlításaAz aminosavak
bekeretezése hívja felaz olvasó figyelmét akis mértékben eltérő
szerkezetre!
Azetidinon származékok
képződésének a vázlata
penám és kefém
termékek képződése
ß-laktám antibiotikumok képződése különböző mikroszervezetek fiziológiailag aktív sejtjeiben
Penicillin -G Cephalosporin -C Cephamycin -CPenicillium chrysogenum Acremonium chrysogenum Streptomyces clavuligerus
Az építő elemek elemek (a három
aminosav)
szintézise
L α-aminoadipinfélaldehid a prokariótákban
a lizin metabolizmus köztes terméke
Lizin bioszintézis köztes terméke a gombákban
Folyamatábra
Magyarázó szöveg a penicillin gyártás folyamatábrájáh oz
(1) termel őképesség szempontjából "nemesített ipari törzs"(2) agar tenyészet, vagy rizs szemeken spórázó teny észet(3) termel őképesség szempontjából min ősített spóraszuszpenzió(4) oltóanyagtenyészt ő bioreaktor, kever ővel ellátott,
aerob inokulum -fermentor aerob inokulum -fermentor (5) pH szabályozott, kevert aerob termel ő fermentor
prekurzor [fenilecetsav] adagolással(6) a semleges fermentlé szúrése vákuum dobsz űrővel(7) hűthető tároló tartály(8,9,10) szeparátort igényl ő extrakciós lépések (11) penicillin-só kristályosító (12) szűrőcentrifuga (13) vákuum szárítószekrény (1 4) granuláló (13) vákuum szárítószekrény (1 4) granuláló (15) átkristályosító (16) szűrő (17) prokainsó képzés (18) penicillin-nátrium -só steril átkristályosítása(19) steril sz űrők (20) vákuum szárító (liofilez ő) (21) steril penicillin tároló (22) Kiszerelés gyógyszertári forgalmazhatóság célj ára.
Miért nem toxikus a penicillin?
A pentapeptid D-Ala—D-Ala
végződésének az összehasonlítása a G-PENICILLIN
szerkezetével
penicillináz
Az azetidinon származékok első kifejlesztői a létért való küzdelemben a pokarióták voltak
Streptomyces clavuligerus, Streptomyces clavuligerus, Nocardia lactamdurans, Lysobacter lochenigenus, Flavobacterium
A fonalas gombák a prokariótáktól vették át a génállományt
A Streptomyces clavuligerusCephamycin-C termelésére képes
Cephamicinképződés
izopenicillin N-ből
a prokariótákban
Streptomyces clavuligerus cefamycin melletta penicillinázt inaktíváló hatásos vegyületet is szintetizál
Nem csekély sikert könyvelhet a két, biológiai szempontból akltív vegyület forgalmazója
A ß-laktám szerkezet jelent őségealkalmas szubsztituens jelenlétében a
ß-laktám gyürű is elegendő a hatás kiváltásához
nocardicinek
monobactámok
G-penicillin kémiai szintézise 1949-bencsupán 1%-os hatásfokkal !!!
A penám és cefém váz felhasználása
A félszintézis jelentősége
A bakteriális spektrum szélesítéseA felszívódás javításaA felszívódás javítása
A saválló tulajdonság javításaPenicillináz rezisztencia fokozása
6-APSA penicillin félszintézis kindulási anyaga
A képződő penám váz könnyen
dimerizálódik, dimerizálódik, illetve a jelenlevő CO2 -dal reagálva
inaktíválódik
A penicillináz rezisztensmethicillin szerkezete
A vérszint alakulása
Ampicillin—D-fenilglicin származék előállítása
Oxacillin előállítása félszintézissel
cefoperazon
A Streptomyces orientalis törzs termékeként izolált
Vancomycina glikopeptid antibiotikum-csoport
gyógyszerkéntforgalomba került tagja
Az antibiotikum -csoport néhány
tagja
Rezisztenciát okoz a D -Ala végz ődés tejsavra való cserél ődése
Ezt az egyszerű szerkezetű, (D-4-amino-3-izoxazolidon) Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumok növekedését gátló, főleg
antituberkulotikumként felhasználásra került antibiotikumot az ötvenes évek derekán, négy egymástól független kutatócsoport, négy
különböző Streptomyces törzs fermentlevében találta Harned: S. orchidaceus.
Shull: S.lavendulae. Harris: S. garyphalus.
Kuzikava: S. roseochromogenes
A foszfonomicin gátolja a PEP részvételét a bioszintézisben
A Merck kutatói több Streptomyces törzs (S. fradiae, S.viridochromogenes, S. wedmorensis)
tenyészlevében is megtalálták.
Membránt károsító cirkuláris peptidekcirkuláris peptidek
BacitracinGramicidin Scyclosporin-A cyclosporin-A
A Bacillus licheniformis tenyészlevében felszaporodó hatóanyag foszfatázgátlóként akadályozza a muraminsav-pentapeptid
távozását a prokarióta citoplazmájából
Tiotempláton szintetizálódik
Gramicidin S depsipeptid szerkezete (2 pentapeptid)
a termék polaritását a 2 ornitin egyirányba ható aminocsoportja képviseli
L Pro – L Val – L Orn – L Leu – D Phe
D Phe – L Leu – L Orn – L Val – L Pro
A Bacillus brevis termelte decapeptid, a GRAMICIDIN-S szintézise oszlopreaktorban, rögzített enzimekkel (Wang et al. M.I.T.)
Gombák növekedését gátló hatóanyagok felhasználása más farmakológiai feladatok
megoldásáramegoldására
Immunszupressziv hatásKoleszterinszint szabályozásKoleszterinszint szabályozás
A 33 tagu gyürüs peptid aminosav összetétele: A 33 tagu gyürüs peptid aminosav összetétele: 1:N-metil- γγγγ-butenil- γγγγ-metil-L-treonin, 2:aminovajsa v; 3:szarkozin; 4:metilvalin; 5:valin; 6:metil-leucin; 7:alanin; 8:D-alanin;9:metil-leucin; 10:metil-leucin; 11:metil-valin(Az egyetlen D-alanin kivételével minden aminósav L )
A Trichoderma polysporum tenyészet termelte depsipeptid, a cyclosporin-A immunszupresszív aktivitású
Immunszupresszív hatású bioaktív makrolidok
Az intravénásan illetve szájon keresztül is adható vegyület Streptomyces tsukubaensis tenyészlevéből izolálható. Gátolja a T-sejtek aktíválását. A citoszolban kialakuló komplex gátolja a calcineurin aktívitását, a kalcium-függő szerin/treonin foszfatáz hatásos működését. Az intracelluláris receptora azonban nem azonos a ciklosporint kötő fehérje szakasszal, azonban nem azonos a ciklosporint kötő fehérje szakasszal,
A „-vastatin” vegyületcsoport a 3-hidroxi-3-metil- glutaril-CoA redukcióját (már 1 nM) kompetitíven gátolva akadályozza a meval on-sav képz ődését,
a mevalon-sav hiány viszont akadályozza a(z ergo)sz terin szintézist.Ezért gátolja a gombák növekedését
A mevalonsav oxidoreduktázt gátló "-vastatin" vegyületek a zsírsav szintézis enzimeit alkalmazva malonil-CoA építőelemek felhasználásával sztearinsav méretű ∆8,14,16-trienil-β,δ-dihidroxi-oktadecén-savon keresztül készülnek
Riboszómális fehérjeszintézist gátló biológiailag aktiv termékek
Az aminoglikozid antibiotikum csoport Waksman által els őként talált képvisel őjeA riboszóma 30S alegységében az S-12 fehérjéhez kötődik.
Katalitikusan hidrogénezhető pl.nehézhidrogénnel, triciummal
A rezisztencia oka lehet a templát módosulása is!
Escherichia coli-ban egy 4-500 aminosavat tartalmazó peptidlánc 15-20 másodperc alatt készül el. Egy mRNS egyidőben 4-5 riboszómához kapcsolódhat egymástól 97 nukleotídnyi távolságra. A mRNS életidejét működésben létének köszönheti. Általában átlagban 50 ciklust ér meg, ha folyamatosan szolgálatban van, azaz működő riboszómákkal van kapcsolatban, mert a riboszómához kapcsolt mRNS-t a ribonukleáz nem képes bontani.
Micromonospora purpurea terméke
Streptomycin Streptomycin szintézis
MAKROLID SZERKEZETŰ ANTIBIOTIKUMOK
A Streptomyces erythreus által termelt makrolid szerkezetű
antibiotikumok első képviselője
TETRACIKLINEK
Oxitetraciklin Oxitetraciklin spontán
lebomlása
α-doxycyclin előállítása oxytetracyclinből
vérszint alakulása α−doxycyclin adagolása után
Riboszómális fehérjeszintézist gátolja az eukariótákban Streptomyces törzsek tenyészlevéből izolálható
[7-klór-4,6,2’-trimetoxi-6’-metil-2’-grizén-3,4’-dion] képz ődése
Penicillium griseofulvumtenyészetében
Ansaláncú antibiotikumok
Rifamycinek a Nocardia mediterranea Nocardia mediterranea
tenyészlevében
A rifamycinek biológiai aktivitásának összehasonlítása
MIC érték in vitro MIC érték in vitro Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus fertőzés kivédése
mérőtörzs használatakor egérben in vivo végzett méréssel mg.ml-1 mg/kg i.m. adva mg/kg per os adagolva
rifamycin-B 0,026 305 500
rifamycin-O 0,01 500 500rifamycin-S 0,005 65 172rifamycin-S 0,005 65 172rifamycin-SV 0,005 18 74rifamp(ic)in 0,002 0,12 0,11
Rifamicin ansa láncú antibiotikum-csoport
A rifamycin váz szintézise tiotempláton folyik a zsírsavszintézishez hasonlóan, metilmalonil-CoA elemekből.
A bioszintézis az aromás mag képződésével indul.
FUNGISZTATIKUMOK
Polién fungisztatikumok
mikozaminmikozamin
Streptomyces noursey által termelt polién szerkezeti képlete (C47 H75O17N) az
építőelemeinek feltüntetésével
Mikózamin képződése glükózból
Fumagillin
Aspergillusfumigatus
Új antibiotikum el őállítás (kutatás) műveleteiTalajminta, élőhelyekről populáció gyűjtése
Ismételt szélesztés szilárd táptalajra, majd az önálló telepeket tartalmazó lemez fertőzése telepeket tartalmazó lemez fertőzése
Homogén tenyészet izolálása a tesztorganizmus növekedését gátló telepről
Levegőztethető tenyészet indítása nitrogén- és Levegőztethető tenyészet indítása nitrogén- és szénforrást tartalmazó folyékony táptalajon.
A tenyészet biológiai aktivitásának meghatározása
Inokulum oltáshoz használható tenyészet előállítása, az optimális paraméterek megállapítása
A termelés szempontjából optimális fizikai és A termelés szempontjából optimális fizikai és kémiai körülmények keresése
A hatásos aktivitás mennyiségi meghatározása,tárolhatóságának (stabilitásának) vizsgálata,az aktivitás fél-életidejének meghatározása,az aktivitás fél-életidejének meghatározása,Biológiai homogenitásának vizsgálata.
A termék kinyerése
Kromatográfiás módszerrel a biológiai aktivitáshomogenitásának vizsgálata (bioautográfia)
Baktérium spektrum vizsgálata (Gram+, Gram–, élesztő)A hatóanyag kémiai természetének vizsgálata,
meglevő anyagokkal való összehasonlításmeglevő anyagokkal való összehasonlításToxicitás-vizsgálat, állati vagy növényi sejteken Hatásmód vizsgálataA metabolizmus vizsgálata a gazdaszervezetben és a
pusztítandó baktériumbanpusztítandó baktériumbanRezisztencia kialakulásának vizsgálataA hatásos anyagot termelő törzs élettani
képességeinek vizsgálata, javításaElőnyösebb hatású származékok előállítása