La importancia de la aplicación de la tecnología microbiana a la industria farmacéutica microbiana moderna
La tecnología farmacéutica microbiana es una parte importante de la tecnología microbiana industrial. El uso de fármacos microbianos se inició con los conocidos antibióticos, definidos generalmente como productos microbianos y sus derivados que inhiben o afectan selectivamente otras funciones biológicas en bajas concentraciones. (Algunas personas han sugerido que sustancias con la misma actividad fisiológica provienen de animales y plantas, como esencia de pescado, alicina, berberina, etc., y que también deberían pertenecer a la categoría de antibióticos. Sin embargo, la mayoría de los estudiosos creen que el concepto tradicional La utilización de antibióticos aún debe limitarse a los microorganismos. En los últimos años, debido al desarrollo de las ciencias biológicas básicas y la aplicación de diversas biotecnologías nuevas, se ha informado que los microorganismos producen un número cada vez mayor de otras sustancias bioactivas además de las antiinfecciosas. y antitumorales, como agentes de inhibición de enzimas específicas, inmunomoduladores, antagonistas de receptores y antioxidantes, etc., sus actividades han excedido el alcance de inhibir las actividades vitales de ciertos microorganismos. Sin embargo, estas sustancias son metabolitos secundarios de microorganismos. Se encuentran en los mecanismos biosintéticos, los procedimientos de investigación de detección y la producción. Tienen las mismas características que los antibióticos en términos de tecnología, pero obviamente es inapropiado llamarlos antibióticos, por lo que muchos estudiosos se refieren a estos metabolitos secundarios fisiológicamente activos (o farmacológicamente activos) producidos. por microorganismos como fármacos microbianos. Se puede considerar que la tecnología de producción de fármacos microbianos incluye cinco aspectos:
El primer aspecto es la tecnología para obtener cepas bacterianas.
Según la información, comuníquese directamente con instituciones de investigación científica y Requerido o comprado por universidades, fábricas o departamentos de preservación de cepas; aislamiento y detección de nuevas cepas microbianas de la naturaleza
El aislamiento de nuevas cepas se basa en los requisitos de producción y las características de las cepas a través de varias evaluaciones. Método para seleccionar de forma rápida y precisa las cepas requeridas. Si las bacterias utilizadas en el laboratorio o en producción se contaminan accidentalmente, se deben realizar las operaciones específicas de aislamiento y purificación desde los siguientes aspectos.
Planificar: Primero, verificar. la información para comprender las características de crecimiento y cultivo de las bacterias requeridas.
Muestreo: Recoger muestras de manera específica.
Proliferación: controlar artificialmente los nutrientes o las condiciones de cultivo, la cepa deseada. proliferará y se volverá numéricamente dominante.
Aislamiento: Uso de técnicas de aislamiento para obtener cepas puras.
Determinación del rendimiento de fermentación: Determinación del rendimiento de producción. Estas características incluyen morfología, características de cultivo. requerimientos nutricionales, características fisiológicas y bioquímicas, ciclo de fermentación, variedad y rendimiento del producto, temperatura máxima de tolerancia, temperatura óptima para el crecimiento y la fermentación, valor de pH óptimo, proceso de extracción, etc.
El segundo aspecto es la tecnología de mejoramiento. de cepas de alto rendimiento
Todas las cepas utilizadas en la producción industrial se seleccionan. El cultivo de cepas industriales utiliza principios genéticos y tecnología para seleccionar cepas para fines biotecnológicos específicos. Realizar una transformación multidireccional, existente. Se pueden mejorar rasgos excelentes, eliminar rasgos indeseables o agregar nuevos rasgos.
Métodos de mejoramiento de cepas industriales: mutagénesis, transferencia de genes y recombinación genética.
p>El mejoramiento. El proceso consta de los siguientes tres pasos: (1) Introducción de genotipos beneficiosos sin afectar la viabilidad de la cepa (3) Evaluación de cepas mejoradas (incluidos experimentos a escala y escala de producción industrial)
Factores que deben considerarse. al seleccionar métodos de reproducción (1) La naturaleza de los rasgos a mejorar y su relación con el proceso de fermentación (como experimentos de fermentación por lotes o continuos) (2) Una comprensión clara de la genética y la bioquímica de esta cepa en particular (3); ) Coste económico. Si no se comprenden bien las características básicas y la tecnología de una cepa particular, a menudo se utilizan técnicas como la mutación aleatoria, el cribado y el mejoramiento. Si tiene un conocimiento profundo de sus rasgos genéticos y bioquímicos, puede elegir métodos como la recombinación genética para la reproducción direccional.
Ideas específicas para mejorar las cepas industriales: (1) Eliminar o evitar el paso limitante de la velocidad en la ruta metabólica (aumentar el número de copias de un gen específico o mejorar la capacidad de expresión del gen correspondiente para aumentar la contenido de la enzima limitante de la velocidad; se introduce un nuevo paso metabólico en la vía metabólica, proporcionando así una vía metabólica de derivación (2) que aumenta la concentración de precursores.
(3) Cambiar las rutas metabólicas, reducir la producción de subproductos inútiles y mejorar la tolerancia de las cepas a altas concentraciones de sustratos, precursores o productos potencialmente tóxicos. (4) Inhibir o eliminar las enzimas que descomponen el producto. (5) Mejorar la capacidad del producto exocrino de la cepa. (6) Eliminar la inhibición por retroalimentación de los metabolitos. Por ejemplo, se puede inducir resistencia a análogos estructurales de metabolitos.
La tercera parte es la tecnología de preservación de cepas
Transferir cultivo o preservación de subcultivo inclinado;
Crioconservación o criopreservación en nitrógeno líquido;
Secar almacenamiento de soportes como tierra o perlas de cerámica.
La cuarta parte es la determinación de las condiciones de fermentación.
Fuentes nutricionales de microorganismos
Energía, bacterias autótrofas: hidrógeno, tiamina, sales ferrosas. Bacterias heterótrofas: sustancias orgánicas como carbohidratos, petróleo y gas, y petroquímicos, como el ácido acético.
Fuente de carbono, gas de ácido carbónico; azúcar hidrolizado de almidón, melaza, líquido residual de suspensión de sulfito, petróleo, n-alcanos, gas natural, productos petroquímicos como ácido acético, metanol y etanol.
Fuente de nitrógeno, nitrógeno orgánico como torta de soja o hidrolizado de pupa de gusano de seda, líquido residual de glutamato monosódico, licor de maceración de maíz y granos de destilería, nitrógeno inorgánico como urea, sulfato de amonio, amoníaco y nitrato, y nitrógeno gaseoso.
Sales inorgánicas, fosfatos, sales potásicas, sales magnésicas, sales cálcicas y otras sales minerales, así como oligoelementos como hierro, manganeso y cobalto.
Factores especiales de crecimiento, tiamina, biotina, ácido paraaminobenzoico, inositol, etc.
Medición del medio de cultivo
(1) En primer lugar, se deben realizar investigaciones e investigaciones para comprender la fuente, los hábitos de vida, las características fisiológicas y bioquímicas y los requisitos nutricionales generales de las bacterias. . Existen principalmente cuatro tipos de microorganismos utilizados en la producción industrial: bacterias, actinomicetos, levaduras y mohos. Sus necesidades nutricionales son a la vez ** y tienen características propias, por lo que se debe considerar la composición del medio de cultivo en función de las características fisiológicas de los diferentes tipos de microorganismos.
(2) En segundo lugar, es necesario comprender las condiciones de cultivo de la cepa de producción, las vías metabólicas de la biosíntesis, las propiedades químicas, la estructura molecular de los metabolitos, los métodos generales de extracción y los requisitos de calidad del producto, para poder a tener en cuenta a la hora de seleccionar el medio de cultivo Hay varios.
(3) Es mejor elegir un mejor medio de síntesis química como base y comenzar a hacer algunos experimentos en matraces agitados, luego realizar un cultivo en tanques de fermentación pequeños para explorar la utilización de varias fuentes importantes de carbono y nitrógeno; la capacidad de producción de metabolitos. Preste atención a los cambios de pH durante el proceso de cultivo, observe dos valores de pH diferentes adecuados para el crecimiento y la reproducción bacteriana y la formación de metabolitos, y ajuste constantemente la proporción para adaptarse a las situaciones anteriores.
(4) Tenga en cuenta que solo se permite una condición de cambio a la vez. Con los resultados preliminares disponibles, primero se determina una proporción de rango medio.
En segundo lugar, se determinó el impacto de varios iones metálicos y no metálicos importantes en la fermentación, es decir, se probaron los requerimientos nutricionales de varios elementos inorgánicos y se probaron sus cantidades máximas, mínimas y óptimas. Después de obtener ciertos resultados en medios sintéticos, realice experimentos complejos en medios. Finalmente, se probó la relación entre las condiciones de fermentación y el medio de cultivo. El pH del medio de cultivo se puede ajustar añadiendo carbonato de calcio o utilizando otras sustancias como nitrato de sodio y sulfato de amonio.
(5) Para algunos productos de fermentación, como los antibióticos, además de preparar el medio de cultivo, se deben alimentar materiales en el medio. Al mismo tiempo, se debe controlar adecuadamente el metabolismo del carbono y el nitrógeno. Se deben agregar de manera intermitente diversos nutrientes y sustancias precursoras para guiar la fermentación hacia el desarrollo de productos sintéticos.
(6) Seleccionar las materias primas del agente compuesto en función de los beneficios económicos.
Considere la economía, utilice la menor cantidad o ninguna cantidad de alimentos básicos posible, ahorre la mayor cantidad de alimentos posible o utilice otras materias primas para reemplazar los alimentos. El azúcar es la principal fuente de carbono. Los sustitutos de las fuentes de carbono buscan principalmente almidón vegetal e hidrolizados de fibra, utilizan melaza residual para reemplazar el almidón, dextrina y glucosa, y utilizan glucosa industrial para reemplazar la glucosa comestible utilizando petróleo como fuente de carbono. productos fermentados. La conservación y sustitución de fuentes de nitrógeno orgánico tiene como objetivo principal reducir o reemplazar materias primas ricas en proteínas, como torta de soja en polvo, torta de maní en polvo, peptona comestible, levadura en polvo, etc. Las materias primas alternativas pueden ser harina de semilla de algodón, jarabe de maíz, harina de pupas de gusanos de seda, harina de pescado, jarabe amarillo o jugo de salvado, levadura alimentaria, levadura de petróleo, pegamento para huesos, bacterias, granos de destilería y diversos desechos de la industria alimentaria. La mayoría de estas alternativas son ricas en proteínas, económicas y fáciles de conseguir y transportar localmente.
Determinación de la tecnología de cultivo:
Condiciones de cultivo: temperatura, valor de pH, oxígeno, edad de la semilla, cantidad de inóculo, temperatura.
Los métodos de cultivo de microorganismos industriales se pueden dividir en dos tipos: cultivo estático y cultivo por aireación.
El cultivo estático se refiere a colocar el medio de cultivo en un recipiente de fermentación y fermentar sin aire después de la inoculación, lo que también se llama fermentación anaeróbica. Las bacterias aeróbicas y las bacterias aeróbicas facultativas son las principales cepas producidas por el cultivo por aireación. El ambiente en el que crecen debe tener suministro de aire y mantener un cierto nivel de oxígeno disuelto para permitir un rápido crecimiento y fermentación de las bacterias, también llamada fermentación aeróbica.
Entre los dos métodos de cultivo estático y cultivo de aireación, se pueden dividir en cultivo líquido y cultivo sólido, y cada uno se divide en cultivo superficial y cultivo profundo.
Acerca del cultivo líquido sumergido:
Los tanques de fermentación líquidos sumergidos se ventilan desde el fondo del tanque y el aire se dispersa en pequeñas burbujas a través de paletas agitadoras para promover la disolución del oxígeno. Este método de cultivo de aireación y agitación en el fondo del tanque se denomina método de cultivo profundo, que se compara con el método de cultivo superficial de difusión natural de oxígeno disuelto en la interfaz aire-líquido. Su característica es que es fácil seleccionar las mejores condiciones de cultivo en función de los requisitos nutricionales del metabolismo de la cepa de producción y la ventilación, agitación, temperatura, concentración de iones de hidrógeno y otras condiciones del medio de cultivo en diferentes períodos fisiológicos.
Tres puntos de control para el funcionamiento básico del cultivo profundo
① Esterilización: la industria de la fermentación requiere un cultivo puro, por lo que el medio de cultivo debe calentarse y esterilizarse antes de la fermentación. Por lo tanto, el tanque de fermentación tiene una camisa de vapor para calentar y esterilizar el medio de cultivo y el tanque de fermentación, o se usa un esterilizador de calentamiento continuo para esterilizar el medio de cultivo y transportarlo continuamente al tanque de fermentación. ②Control de temperatura: después de la esterilización, enfríe el medio de cultivo a la temperatura de cultivo para la fermentación. Dado que la proliferación microbiana y la fermentación generan calor, se debe hacer circular agua de refrigeración en la camisa para mantener una temperatura constante. (3) Ventilación y agitación: antes de que el aire ingrese al tanque de fermentación, primero se elimina mediante un filtro de aire para producir aire estéril, luego ingresa desde el fondo del tanque y se dispersa en pequeñas burbujas mediante agitación. Para prolongar el tiempo de residencia de las burbujas, se pueden instalar deflectores en el tanque para crear vórtices. El propósito de agitar no es solo disolver el oxígeno, sino también dispersar uniformemente los microorganismos en la solución de cultivo en el tanque de fermentación, promover la transferencia de calor y dispersar uniformemente el ácido y el álcali agregados para ajustar el valor del pH.
La quinta parte es la tecnología de separación y extracción de productos de fermentación.
Método de extracción:
Filtro
Centrifugación y sedimentación
Disrupción celular
Extracción, linaje
p>Adsorción e intercambio iónico
Placa de color
Precipitación (salación, precipitación de disolventes orgánicos, punto isoeléctrico, etc.)
Separación por barrera
Transparente
Seco
Varias cuestiones en el proceso de separación y extracción:
Calidad del agua
Fuente de calor eliminación (filtración con placa de amianto, adsorción de carbón activado, columna de intercambio iónico)
Recuperación de disolventes
Tratamiento de residuos
Seguridad biológica