VI SINH_KHÁNG SINH PENICILLIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH MƠN HỌC: VI SINH VẬT HỌC ĐẠI CƯƠNG BÀI BÁO CÁO THUỐC KHÁNG SINH PENICILLIN KHOA ĐÀO TẠO ĐẶC BIỆT GVBM: TS Hồ Bảo Thuỳ Qun NHĨM: SVTH: • Võ Lê Thanh Th • Lê Trần Hà Thư Khố: 2019 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2021 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT PHẦN I MỞ ĐẦU PHẦN II NỘI DUNG Chương Giới thiệu 1.1 Định nghĩa kháng sinh 1.1.1 Kháng sinh 1.1.2 Kháng sinh penicillin 1.2 Tên khoa học vị trí phân loại penicillin 1.2.1 Tên khoa học 1.2.2 Vị trí phân loại 1.3 Đặc điểm sinh học 1.4 Phân bố tự nhiên 1.5 Vai trò chủng vi sinh vật hệ sinh thái chu trình sinh địa hóa Chương Quy trình sản xuất penicillin từ vi sinh vật 2.1 Tổng hợp penicillin 2.2 Quy trình sản xuất penicillin Chương Ứng dụng kháng sinh thực tiễn 3.1 Ứng dụng kháng sinh nông nghiệp 3.1.1 Trong chăn nuôi 3.1.2 Trong trồng 3.2 Ứng dụng kháng sinh y dược TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sản phẩm Penicillin lên men tự nhiên nhờ P.chrysogenum Hình 1.2 Khuẩn lạc Penicillium chrysogenum Hình 1.3 Bộ máy sinh bào tử trần Penicillium Hình 2.1 Sơ đồ chế sinh tổng hợp penicillin từ axit L-a- aminoadipic, L- cystein Lvalin Hình 2.2 Sơ đồ dây chuyền sản xuất penicillin (theo Gist-Brocades Copr (Hà Lan)) Hình 3.1 Một số loại kháng sinh penicillin sử dụng chăn nuôi Hình 3.2 Thuốc kháng sinh penicillin V DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại kháng sinh theo cấu trúc hóa học Bảng 3.1 Phân bố chi phí sản xuất axit 6- aminopenicillanic (40 tấn/năm theo hãng Snamprogetti) DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT A6AP Acid 6-aminopenicillanic P.chrysogenum Penicillium chrysogenum MỞ ĐẦU Chất kháng sinh (antibiotic) chất ức chế phát triển vi khuẩn Chúng hoạt động cách tiêu diệt vi khuẩn ngăn chặn sinh sản chúng, tổng hợp mặt hóa học sinh vật tự nhiên hay sinh vật biến đổi gen Chất kháng sinh phát ứng dụng sớm Penicillin, vào năm 40 kỷ XX Tuy nhiên, thực tế, từ lâu người biết dùng nấm mốc (mold, milew) đậu phụ để đắp chữa vết thương nhỏ Nhiều kỷ trước châu Âu, châu Mỹ, người ta biết cách dùng bánh mì, ngơ hay giày da cũ lên mốc để điều trị vết lở loét, lên mủ da Do đó, nói kháng sinh có đóng góp nhiều cho y học giới từ sớm việc chữa trị bệnh viêm nhiễm trùng vi khuẩn bệnh viêm phế quản, viêm phổi nhiễm trùng đường tiết niệu,… Năm 1928, Fleming nhà vi khuẩn học làm việc Bệnh viện Saint Mary London Trong kiểm tra đĩa nuôi cấy chứa vi khuẩn, ông phát hiện tượng khác thường: nấm xuất đĩa phát triển thành tảng nấm; xung quanh tảng nấm, mảng vi khuẩn bị phá hủy Ông kết luận rằng, nấm tạo chất giết chết vi khuẩn Loại nấm mọc giống dạng bụi sau đặt tên khoa học Penicillium notatum, chất có khả tiêu diệt vi khuẩn đặt penicillin Ban đầu, penicillin dùng chữa vết thương bề mặt, mang lại thành cơng định penicillin thơ có hoạt chất Fleming cố gắng tách penicillin nguyên chất không thành công 10 năm sau, Oxford, đạo Howara Walter Florey - nhà giải phẫu bệnh học người Australia Ernst Boris Chain nghiên cứu với mục đích chế tạo penicillin quy mơ cơng nghiệp Nhiều kỹ thuật dùng tia cực tím, tia X chất hóa học tác động đến cấu trúc di truyền nấm sử dụng nhằm tạo chủng penicillium với sản lượng cao Năm 1943, dự án chế tạo penicillin đứng thứ nhì danh sách cơng trình ưu tiên sau dự án Manhattan chế tạo bom nguyên tử Năm 1944, ca chữa trị penicillin tốn 200 đô-la, nhiên, giá nhanh chóng giảm xuống, rẻ giá đóng gói sản phẩm Năm 1945, Fleming, Chain Florey trao tặng giải thưởng Nobel y học Kể từ Penicillin Alexander Fleming phát (1929), chứng minh có tác dụng chữa bệnh (1941), nửa kỷ qua, với bước tiến lớn khoa học kỹ thuật phục vụ nhu cầu chữa trị nên nhiều loại thuốc kháng sinh tạo phát triển mạnh mẽ Chính Penicillin hối thúc nhà khoa học lao vào nghiên cứu, khám phá loại thuốc kháng sinh Hơn nữa, cạnh bên chất penicillin đầu đàn, có thêm nhiều loại kháng sinh chiết xuất từ nấm, loại kháng sinh tổng hợp với danh mục ngày dài làm cho kho tàng kháng sinh thêm phong phú Xuất phát từ thực tế đó, chúng tơi thực đề tài “Thuốc kháng sinh penicillin” nhằm tìm hiểu thêm thông tin chất kháng sinh penicillin PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Khái niệm 1.1.1 Kháng sinh Chất kháng sinh hiểu chất hố học xác định, khơng có chất enzym, có nguồn gốc sinh học (trong phổ biến từ vi sinh vật), với đặc tính nồng độ thấp (hoặc thấp) có khả ức chế mạnh mẽ tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh mà đảm bảo an toàn cho người hay động vật điều trị [8] Các nhóm kháng sinh xếp theo cấu trúc hoá học [7] Theo cách phân loại này, kháng sinh chia thành nhóm sau (Bảng I.1): Bảng 1.1 Phân loại kháng sinh theo cấu trúc hoá học 1.1.2 Kháng sinh Penicillin [1,3,7] - Các penicillin nhóm kháng sinh phát xem kháng sinh phổ rộng Penicillium chrysogenum (trước biết đến Penicillium notatum), ứng dụng rộng rãi điều trị sản xuất kháng sinh penicillin Chúng tác dụng lên hầu hết vi khuẩn Gram dương thường định điều trị trường hợp viêm nhiễm liên cầu khuẩn, tụ cầu khuẩn, thí dụ viêm màng não, viêm tai – mũi – họng, viêm phế quản, viêm phổi, lâu cầu, nhiễm trùng máu…Thời gian đầu penicillin ứng dụng điều trị hiệu Tuy nhiên, vài năm sau xuất trường hợp kháng thuốc tượng ngày phổ biến Vì 1959, Batchelor đồng nghiệp tách axit 6-aminopenicillanic Đây nguyên liệu để sản xuất hàng loạt chế phẩm penicillin bán tổng hợp khác nhau.Ngày giới sản xuất 500 chế phẩm penicillin (trong lên men trực tiếp hai sản phẩm penicillin V penicillin G) tiếp tục triển khai để sản xuất chế phẩm penicillin bán tổng hợp khác Hình 1.1 Sản phẩm Penicillin lên men tự nhiên nhờ P.chrysogenum 1.2 Tên khoa học vị trí phân loại [4,5] - Tên khoa học: Penicillium chrysogenum (P.chrysogenum) - Vị trí phân loại: Penicillium loại nấm nguồn nấm mốc có nhiều đất Các nhà khoa học nghiên cứu có 150 lồi Penicillium • • • • • • • Giới (regnum): Fungi Ngành (phylum): Ascomycota Lớp (class): Eurotiomycetes Bộ (ordo): Eurotiales Họ (familia): Trichocomaceae Chi (genus): Penicillium Loài (species): Penicillium chrysogenum (P.chrysogenum) 1.3 Đặc điểm sinh học [10,11] Khi nuôi cấy invitro, tạo khuẩn lạc có sợi nấm nhỏ gọn phát triển nhanh, lề xác định rõ trơng len bơng Về ngun tắc chúng có màu trắng sau chuyển sang màu xanh lam, xanh lục, vàng nhạt xanh hồng Sợi nấm có vách ngăn, phân nhánh Môi trường nuôi cấy không màu có màu có mặt sắc tố hịa tan tương ứng Hình 1.2 Khuẩn lạc Penicillium chrysogenum Hình thức sinh sản vơ tính bào tử trần với tế bào sinh bào tử trần thể bình mang bào tử đính dạng thẻ phân nhánh với phần đỉnh ngắn thon nhỏ dần, thường có đường kính ⅓ đường kính phần thân Hình 1.3 Bộ máy sinh bào tử trần Penicillium Penicillium có nhiệt độ tối thiểu cần cho phát triển từ 2-5 độ C, tối hảo từ 22 - 27 độ C nhiệt độ tối đa mà chúng chịu 35-40 độ C Đồng thời, chúng phát triển tốt mơi trường acid pH=6 pH tối hảo - 6,5 Nấm penicillin thuộc họ hiếu khí bắt buộc, q trình ni phải cấp khí liên tục nước yếu tố cần thiết cho phát triển Phương pháp bảo quản dùng nhiều phương pháp cấy truyền cấp khí liên tục Phương pháp bảo quản dùng nhiều phương pháp cấy truyền định kỳ thạch hàng tháng kết hợp với bảo quản lạnh, phương pháp bảo quản hạt ngũ cốc bảo quản theo phương pháp đông khô sử dụng 1.4 Phân bố tự nhiên Penicillium chrysogenum loài nấm hoạt sinh chi Penicillium, họ Trichocomaceae Lồi phổ biến vùng ơn đới cận nhiệt đới tìm thấy sản phẩm thực phẩm muối, chủ yếu tìm thấy mơi trường nhà, đặc biệt tòa nhà ẩm ướt bị hư hại 1.5 Vai trò chủng vi sinh vật hệ sinh thái chu trình sinh địa hóa • Vai trò chủng vi sinh vật Penicillium chrysogenum: Tạo khả kháng sinh cao Giữ tính ổn định nghiên cứu sản xuất Chu trình sinh địa hóa : Nguồn Carbon glucoza, sacaroza, lactoza, tinh bột, đường lactose cho hiệu suất penicillin cao thường dùng công nghiệp Nấm thường sử dụng đường lactose chậm Vì vậy, thực tế lactose dùng phối hợp với đường khác môi trường dinh dưỡng Nguồn nitơ dùng tổng hợp penicillin hợp chất hữu (acid amin, pepton, protein) vô (amoniac, muối amon nitrat) Trong trường hợp nguồn carbon glucoza, sacaroza nguồn carbon dễ tiêu hóa, amoniac sử dụng nhanh mơi trường có lactose Nitrat nấm mốc đồng hóa mơi trường khơng có nguồn nitơ hữu Nguồn lưu huỳnh thường dùng muối sunfat natri, kali amon Các chất tham gia vào tổng hợp methionine, sixtine, biotin, … trạng thái liên kết yếu tốt Lưu huỳnh chất dễ di động Trong môi trường dinh dưỡng có thiosunfat làm cho hiệu suất penicillin tăng gấp đơi • CHƯƠNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ VI SINH VẬT 2.1 Tổng hợp penicillin [7] Theo quan điểm phổ biến nay, trình sinh tổng hợp penicillin nấm mốc P chrysogenum tóm tắt sau: từ ba tiền chất ban đầu a-aminoadipic, cystein valin ngưng tụ lại thành tripeptit ỏ-(a-aminoadipyl) – cysteinyl – valin ; q trình khép mạch tạo vịng P-lactam vịng thiazolidin để tạo thành izopenicillin-N; trao đổi nhóm a-aminoadipyl với phenylacetic (hay phenoxyacetic) tạo thành sản phẩm penicillin G hay penicillin V, xem sơ đồ tổng hợp penicillin G: Hình 2.1 Sơ đồ chế sinh tổng hợp penicillin từ axit L-a- aminoadipic, L- cystein L-valin 2.2 Quy trình sản xuất penicillin quy mô công nghiệp [7] Công nghệ lên men sản xuất penicillin mang nét đặc thù riêng sở sản xuất thông tin hạn chế cung cấp công khai, sáng chế thường giới hạn cơng đoạn định; khó đưa công nghệ tổng quát chung Theo công nghệ lên men hãng Gist-Brocades (Hà Lan), toàn dây chuyền sản xuất thuốc kháng sinh penicillin phân chia làm bốn cơng đoạn sau: ♦Lên men sản xuất penicillin tự nhiên (thường thu penicillin V penicillin G) ♦ Xử lý dịch lên men tinh che thu bán thành phẩm penicillin tự nhiên ♦ Sản xuất penicillin bán tổng hợp (từ nguyên liệu penicillin tự nhiên) ♦ Pha chế loại thuốc kháng sinh penicillin thương mại Hình 2.2 Sơ đồ dây chuyền sản xuất penicillin (theo Gist-Brocades Copr (Hà Lan)) *Kỹ thuật lên men, gồm kỹ thuật: • Kỹ thuật lên men bề mặt: Áp dụng từ lâu, khơng cịn triển khai sản xuất lớn Gồm phương pháp: * Lên men nguyên liệu rắn (cám mì, cám ngơ có bổ sung đường lactose) * Lên men bề mặt môi trường lỏng tĩnh (phổ biến sử dụng mơi trường lactosenước chiết ngơ) • Kỹ thuật lên men chìm: Kỹ thuật áp dụng hầu hết sở sản xuất penicillin công nghiệp thường vận hành theo phương pháp lên men bán liên tục, gồm phương án lên men gián đoạn theo mẻ có bổ sung liên tục (hay bán liên tục) hay vài cấu tử kết hợp với phương án tuần hoàn lại phần hệ sợi mẻ lên men trước (hoặc không) Quá trình lên men vận hành theo phương pháp lên men hai pha, với pha đầu nuôi thu sinh khối khoảng 2-3 ngày, sau chuyển sang pha lên men thu sản phẩm Trong hầu hết trường hợp người ta thay phần lớn (hoặc hoàn toàn) đường lactose đường glucose Lượng glucose bổ sung liên tục hay bán liên tục phải giám sát chặt chẽ nồng độ glucose suốt trình vận hành pha sau để trì nồng độ glucose ln mức thích hợp nhằm vừa giữ khối lượng hệ sợi ổn định, vừa đảm bảo sinh tổng hợp nhiều penicillin Trong thực tiễn, để tránh xảy thiếu hụt thời glucoza người ta kết hợp bổ sung lượng nhỏ đường lactose (khi đó, chưa bổ sung kịp glucose nấm mốc tự điều chỉnh để sử dụng đường lactose nên không xảy tượng tự phân hệ sợi) Ngoài nguồn nitơ nước chiết ngô, người ta thường sử dụng phối hợp (NH4)2S04 để vừa cung cấp thức ăn N s, vừa sử dụng để điều chỉnh pH trình lên men (pH dịch lên men ban đầu thường điều chỉnh khoảng pH=6,5- 6,8; dung dịch NaOH H3PO4); nồng độ NH4+ thường khống chế khoảng 0,3-0,4kg/m’ dịch lên men Chất phá bọt thường sử dụng loại dầu béo như: mỡ lợn, dầu đậu tương, dầu vừng, dầu cám… Tiền chất tạo nhánh phenyl acetic lên men sản xuất penicillin G (hoặc phenoxyacetic lên men sản xuất penicillin V) bổ sung liên tục (hoặc bổ sung gián đoạn làm nhiều lần) suốt thời gian pha lên men penicillin, để trì nồng độ khoảng 0,l-l,0 kg/m3 dịch (nếu nấm mốc tổng hợp đồng thời nhiều penicillin khác, nhiều gây độc cho nấm tăng cường thúc đẩy q trình hydroxyl hóa sản phẩm penicillin) Nhiệt độ lên men pha đầu khống chế 30 độ C, sau sang pha sau giữ 22-25 độ C Tốc độ sục khí khuấy trộn điều chỉnh để trì nồng độ oxy hòa tan dịch khoảng 30% Trong điều kiện thời gian lên men mẻ thường kéo dài khoảng 144-180 Kết thúc trình lên men người ta cố gắng lọc sớm dịch lên men, làm lạnh chuyển sang cơng đoạn trích ly tinh chế thu penicillin Các thơng số kiểm tra q trình lên men bao gồm: pH mơi trường, nồng độ oxy hịa tan, nhiệt độ, hàm lượng sinh khối tốc độ biến thiên lượng sinh khối, số lượng, kích thước cấu trúc pellet, nồng độ cấu tử chất, nồng độ penicillin, thành phần khí thải tiêu kiểm tra vi sinh vật Chương Ứng dụng kháng sinh thực tiễn 3.1 Ứng dụng kháng sinh nông nghiệp Penicillin kháng sinh dùng rộng rãi chăn nuôi, để điều trị bệnh vi khuẩn gây thể vật nuôi Tuy nhiên việc sử dụng Penicillin cần phải tuân thủ nguyên tắc chung để tránh tượng quen thuốc làm giảm hiệu điều trị thuốc dị ứng, choáng, sốc gây nguy hiểm cho vật Điều trị bệnh cho vật nuôi – Bệnh nhiễm trùng vi khuẩn gây như: Mụn nhọt, bọc mủ, vết thương nhiễm trùng mủ, viêm phổi, viêm phế quản, viêm tử cung, viêm vú , viêm lỗ chân lông, viêm da, bệnh vỡ vai trâu, bò cày kéo, bệnh phạm yên ngựa, bệnh viêm dịch hoàn, niệu đạo gia súc đực giống… – Bệnh nhiệt thán – Bệnh đóng dấu lợn – Bệnh nghệ vật ni – Bệnh ung khí thán – Phịng bệnh uốn ván gia súc bị tổn thương thể Đề phòng nhiễm trùng vết thương, vết mổ – Đưa bột penicillin vào vết thương, vết mổ trước băng, đề phòng nhiễm trùng – Tiêm penicillin vào bắp thịt cho vật sau mổ, sau bị tổn thương để đề phịng nhiễm trùng Hình 3.1 Một số loại kháng sinh penicillin sử dụng chăn nuôi 3.2 Ứng dụng kháng sinh y dược sản xuất axit 6- aminopenicillanic để tổng hợp nhiều loại penicillin khác Thuốc kháng sinh penicillin sử dụng để điều trị nhiều loại nhiễm trùng vi khuẩn nhạy cảm gây Chúng sử dụng để điều trị nhiễm trùng tai giữa, xoang, dày ruột , bàng quang thận Chúng sử dụng để điều trị viêm phổi , nhiễm trùng máu ( nhiễm trùng huyết ), bệnh lậu không biến chứng, viêm màng não, viêm nội tâm mạc bệnh nhiễm trùng nghiêm trọng khác Hình 3.2 Thuốc kháng sinh penicillin V Ngồi ra, penicillin G sử dụng để tổng hợp axit 6-APA thường dùng làm nguyên liệu để tổng hợp cephalosporin nhiều loại penicillin khác nhằm giải tình trạng kháng kháng sinh vi khuẩn tạo đa dạng kháng sinh Để sản xuất axit 6- aminopenicillanic, đường hiệu lên men sản xuất penicillin G (hoặc penicillin V); sau áp dụng phương pháp hóa học hay sử dụng enzyme amylase để phân cắt mạch nhánh bên Hình 3.3 Sơ đồ tổng hợp axit 6- aminopenicillanic từ penicillin G Phương pháp hóa học có hiệu suất chuyển hóa cao, tới 90-95%, tốc độ phản ứng nhanh, song lại tiêu hao nhiều lượng, nhiều dung môi chứa đựng nguy ô nhiễm môi trường cao Trong đó, phương pháp enzym, hiệu chuyển hóa thấp điều kiện phản ứng êm dịu mang lại hiệu kinh tế cao nên triển khai phổ biến thực tiễn sản xuất công nghiệp Đồng thời, nhờ ưu trên, phương pháp enzym hoàn thiện liên tục ngày đạt ưu vượt trội so với phương pháp hóa học (Bảng…) Bảng 3.1 Phân bố chi phí sản xuất axit 6- aminopenicillanic (40 tấn/năm theo hãng Snamprogetti) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Bộ y tế (2015), Hướng dẫn sử dụng kháng sinh, NXB Y học, Hà Nội, tr 18-20 Tài liệu tiếng anh Erick j Vandamme, Marcel Dekker, Biotechnology of industrial Antibiotic, Inc., New York 1984 Robert Gaynes (2017), “The Discovery of Penicillin—New Insights After More Than 75 Years of Clinical Use”, 23(5): 849–853, doi: 10.3201/eid2305.161556 Tài liệu internet https://vi.wikipedia.org/wiki/Kháng_sinh Kháng sinh https://vi.wikipedia.org/wiki/Penicillium_chrysogenum Penicillium chrysogenum http://benhnhietdoi.vn/tin-tuc/chi-tiet/khang-sinh-lich-su-ra-doi-tac-dung-va-phan- loai-khang-sinh/783 Lịch sử đời phân loại kháng sinh https://vnras.com/giao-trinh-cong-nghe-duoc-pham/ Quy trình sản xuất penicillin https://caytrongvatnuoi.com/thu-y/huong-dan-su-dung-penicillin-trong-thu-y/ Sử dụng penicillin thú y https://toc.123doc.net/document/1802712-hinh-thai-cua-chi-penicillium.htm Hình thái chi Penicillium 10 https://docplayer.gr/98772974-Giao-trinh-mon-nam-hoc-bien-tap-boi-nguyen-vanba.html Giáo trình mơn nấm học ... loại 1.3 Đặc điểm sinh học 1.4 Phân bố tự nhiên 1.5 Vai trò chủng vi sinh vật hệ sinh thái chu trình sinh địa hóa Chương Quy trình sản xuất penicillin từ vi sinh vật 2.1 Tổng hợp penicillin 2.2... kháng sinh có đóng góp nhiều cho y học giới từ sớm vi? ??c chữa trị bệnh vi? ?m nhiễm trùng vi khuẩn bệnh vi? ?m phế quản, vi? ?m phổi nhiễm trùng đường tiết niệu,… Năm 1928, Fleming nhà vi khuẩn học làm vi? ??c... trò chủng vi sinh vật hệ sinh thái chu trình sinh địa hóa • Vai trị chủng vi sinh vật Penicillium chrysogenum: Tạo khả kháng sinh cao Giữ tính ổn định nghiên cứu sản xuất Chu trình sinh địa hóa