Struttura chimica e processo di fermentazione della penicillina: di Alexander Fleming
Struttura chimica e processo di fermentazione della penicillina: di Alexander Fleming!
La penicillina fu descritta da Alexander Fleming nel 1929. Un gruppo di ricerca di Oxford sotto Florey e Chain lo isolò dalla cultura superficiale del Penicillium notatum nel 1940 e la prima applicazione clinica della penicillina fu nel 1941.
Le penicilline sono prodotte da molti funghi, in particolare le specie di Penicillium e Aspergillus.
Struttura chimica:
La struttura di base delle penicilline è l'acido 6-amminopenicillanico (6-APA), che consiste in un anello tiazolidinico con un anello p-lattamico condensato. Il 6-APA porta un gruppo acil variabile in posizione 6, come indicato in Fig. 12.5. Se la fermentazione della penicillina viene effettuata senza aggiunta di precursori della catena laterale, vengono prodotte le penicilline naturali. Da questa miscela, solo la benzilpenicillina è terapeuticamente utile; gli altri composti devono essere rimossi nella fase di recupero del prodotto.
La fermentazione può essere controllata meglio aggiungendo un precursore della catena laterale, in modo che venga prodotta solo una penicillina desiderata. Al fine di produrre penicilline semisintetiche, la penicillina G (a volte viene utilizzata penicillina V) viene divisa chimicamente o enzimaticamente per formare 6-APA, che viene riciclata chimicamente per formare 6-APA, che viene riciclata chimicamente per produrre un altro derivato della penicillina.
Strain Improvement:
Il fungo P. notatum originariamente utilizzato da Fleming per la produzione di penicillina ha dato risultati scarsi. Inoltre, sono stati sviluppati molti ceppi di questo fungo che hanno prodotto più penicillina in più rispetto a quelli originali. Oltre a P. notatum, è stato anche testato il P. chrysogenum che ha dato buoni risultati in condizioni di coltura sommersa. I successivi ceppi selezionati produssero penicillina in quantità maggiore.
Mezzo di fermentazione:
Per la prima volta, la coltura superficiale di P. notatum è stata effettuata nel brodo Czapex-Dox. Il tasso di produzione di penicillina aumentava integrandolo con i materiali organici come l'estratto di lievito, la caseina o l'estratto di manzo. Inoltre, è stata ottenuta una maggiore resa con la modifica del seme di cotone, farina di arachidi e farina di soia. Diverse penicilline naturali vengono prodotte quando un terreno adatto viene fermentato da P. chrysogenum in assenza di percursori integrati.
La produzione di queste penicilline naturali è anche stimolata dalla presenza di acidi grassi nel terreno. Calam e Hockenhull (1949) svilupparono un mezzo chimicamente definito che supportava la produzione di antibiotici da parte di molti ceppi di P. chrysogenum. Anche la produzione di antibiotico è stata aumentata mantenendo il pH del mezzo di fermentazione tra 6.8 e 7.4; aggiungere agenti tamponanti, ad esempio CaC0 3 e fosfato al terreno e H 2 S0 4 sterile e NaOH quando richiesto; mantenendo la temperatura a 25 ± 0, 5 ° C durante l'incubazione e agitando la coltura per l'aerazione in un grande fermentatore.
Processo di fermentazione:
Le penicilline sono prodotte su larga scala in un fermentatore concepito commercialmente che fornisce condizioni ottimali di crescita a P. chrysogenum per la massima resa. Di seguito sono riportati i passaggi per la fermentazione della penicillina benzilica, ovvero la penicillina G.
1. Inoculare 100 ml di terreno in beuta Erlenmeyer da 500 ml con spore di ceppi di P. chrysogenum e incubare a 25 ° C tenendoli su un agitatore rotante.
2. Trascorsi 4 giorni, trasferire il contenuto del matraccio in un altro recipiente (capacità 4 litri) contenente 2 litri di terreno e incubare per 2 giorni prima.
3. Trasferire il contenuto in un serbatoio di acciaio inossidabile (capacità di 800 litri) contenente mezzo litro. Questo serbatoio è equipaggiato in modo tale da fornire le condizioni ottimali per la crescita dei funghi.
4. Dopo 3 giorni, utilizzare il contenuto per l'inoculazione di circa 1, 80.000 litri di terreno conservato in un fermentatore (capacità di 2, 50.000 litri). La versione successiva è dotata di dispositivi automatici per condizioni di crescita ottimali (ad es. Temperatura, pH, O 2, ecc.).
5. Filtrare il contenuto del fermentatore dopo 6 giorni di incubazione. Il filtrato contiene penicillina. Estrarre la penicillina in amile o butilacetato. Da esso trasferire la penicillina in solvente acquoso estraendo con tampone fosfato.
Da una miscela di butanolo-acqua cristallizza la penicillina di potassio G. Ancora una volta purifica la penicillina G di potassio prima del suo utilizzo.
