tiểu luận vi sinh vật công nghiệp đề tài tìm hiểu kháng sinh streptomycin

Kháng sinh là những hợp chất hóa học do vi sinh vật tiết ra có tác dụng ức chế sự phát triển hay tiêu diệt một cách chọn lọc một nhóm vi sinh vật xác định vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, protoz

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

Khoa: CNSH & KTMT

-sstss -

BÀI TIỂU LUẬN

Môn: VI SINH VẬT CÔNG NGHIỆP

Đề tài: Tìm hiểu kháng sinh Streptomycin

GVHD: Đỗ Thị Hoàng Tuyến

Danh sách nhóm:

Tháng 11 năm 2014

Mục lục Phần I: Lời mở đầu iii

Phần II: NỘI DUNG 1

I Tổng quan kháng sinh 1

1 Lịch sử về kháng sinh 1

2 Kháng sinh là gì? 1

3 Phân loại 1

4 Cơ chế tác dụng 2

5 Nguyên tắc sử dụng kháng sinh 4

6 Lên men sinh tổng hợp kháng sinh 4

a Phương pháp lên men bề mặt 4

b Phương pháp lên men chìm 5

II Kháng sinh Streptomycin 7

1 Lịch sử phát hiện, nguồn gốc 7

2 Khái niệm: 7

3 Tính chất lý hóa tính của streptomycin: 8

4 Cơ chế tác dụng: 8

5 Con đường điều chế streptomycin 9

a Sinh tổng hợp streptomycin: 9

b Lên men sản xuất streptomycin 12

6 Ứng dụng 13

7 Tác dụng không mong muốn của streptomycin 13

Phần III: Tài liệu tham khảo 16

Phần I: Lời mở đầu

Kháng sinh là nhóm thuốc thiết yếu trong y học hiện đại, là vũ khí chống lại các vi sinh vật gây bệnh Nhờ kháng sinh mà y học đã có thể khắc phục, hạn chế đến mức tối đa và đã xóa sổ các loại dịch bệnh nguy hiểm trước đây như: dịch hạch, tả, thương hàn Bên cạnh đó kháng sinh cũng được ứng dụng điều trị hiệu quả nhiều loại bệnh gây ra bởi các vi khuẩn trong xã hội hiện nay Đối với các nước nghèo, kháng sinh giữ một vị trí rất quan trọng vì ở các nước này điều kiện vệ sinh kém, mức sống thấp nên thường xảy ra các loại dịch tiêu chảy, kiết lỵ, nhiễm khuẩn hô hấp

Hiện nay có khoảng hơn 8000 kháng sinh được tìm thấy trên thế giới và có lẽ con số 8000 sẽ không dừng lại ở đó Sẽ có nhiều chủng kháng sinh, nhiều nhóm kháng sinh có ứng dụng thực tế và đem lại kết quả lớn lao cho nền y học thế giới Có nhiều nhóm kháng sinh đã và đang được đem vào ứng dụng trong y học như: penicillin, tetracylin, lincosamid, aminosid, aminoglycosid, Và chúng đều mang lại kết quả hơn cả sự mong muốn của giới khoa học chuyên về y dược

Trong giới hạn của bài tiểu luận, nhóm xin trình bày về một nhóm kháng sinh trong các nhóm vừa kể trên Nhóm có tác dụng mạnh đối với các vi khuẩn gram âm

đó là aminoglycosid Kháng sinh đầu tiên được tìm thấy thuộc nhóm aminoglycosid là streptomycin được phát hiện năm 1944 và có tác dụng hiệu quả trong phòng chữa bệnh lao - một trong những căn bệnh mà y học phải bó tay trong giai đoạn trước đó

Để tìm hiểu kỹ hơn về kháng sinh và cụ thể là streptomycin, xin mời cô và các bạn đến với phần nội dung trình bày của nhóm

Trong quá trình biên soạn và tìm hiểu tài liệu cho bài tiểu luận còn sơ xài, nhiều sơ sót, rất mong nhận được sự góp ý của cô và các bạn

Thân chào!

Phần II: NỘI DUNG

I Tổng quan kháng sinh

1 Lịch sử về kháng sinh

Năm 1928, nhà vi khuẩn người Anh

Alexander Fleming (hình bên) trong khi nghiên cứu

tụ cầu khuẩn ông nhận thấy xung quanh khuẩn lạc

mốc xanh nhiễm vào hộp peptri nuôi tụ cầu tạo

thành vũng vi khuẩn, hiện tượng này được Fleming

nghiên cứu và phân lập thuần khiết và xác định

được mốc xanh đó là Penicilium notatum một

chủng tạo ra penixilin

Năm 1941 penixilin được nghiên cứu sản xuất phuc vụ điều trị cho thương binh trong đại chiến thế giới thứ II và kĩ nguyên của chất kháng sinh được thừa nhận Cho đến nay người ta đã phát hiện và mô tả khoảng hơn 8000 chất kháng sinh khác nhau

có nguồn gốc từ nấm mốc, xạ khuẩn và vi khuẩn Thuật ngữ kháng sinh (antibiotic) được Waksman N.A gọi từ năm 1944 khi ông phát hiện ra Strepmycin từ môi trường

nuôi cấy Streptomyces Griseus.

2 Kháng sinh là gì?

Kháng sinh là những hợp chất hóa học do vi sinh vật tiết ra có tác dụng ức chế

sự phát triển hay tiêu diệt một cách chọn lọc một nhóm vi sinh vật xác định (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, protozoa, virus, ) hay các tế bào ung thư ở nồng độ thấp

3 Phân loại.

nồng độ ức chế tối thiểu và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu.

 Nồng độ ức chế tối thiểu MIC: là nồng độ thấp nhất của một kháng sinh

có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn sau khoảng 24h nuôi cấy

 Nồng độ diệt khuẩn tối thiểu MBC: là nồng độ thấp nhất làm giảm 99.9% lượng vi khuẩn

 Kháng sinh diệt khuẩn: MBC/MIC ~ 1 và dễ dàng đạt được nồng độ diệt khuẩn tối thiểu trong huyết tương: penicillin, cephalosporin, aminosid, polymyxin

 Kháng sinh kìm khuẩn: MBC/MIC>4 và khó đạt được nồng độ bằng nồng độ diệt khuẩn tối thiểu trong huyết tương: tetracyclin, cloramphenicol, macrolid

 Thuốc ức chế tổng hợp vách tế bào vi khuẩn: penicillin, cephalosporin, imipenem, moxalactam, vancomycin, bacitracin

 Thuốc ức chế tổng hợp protein của vi khuẩn: tetracyclin, cloramphenicol, macrolid, lincosamid và aminoglycosid

 Thuốc ức chế tổng hợp acid nhân: quinolon, rifampicin

 Thuốc ức chế chuyển hoá: co-trimoxazol

 Thuốc làm thay đổi tính thấm của màng tế bào: polymyxin, amphotericin

 Nhóm beta lactam: penicillin, cephalosporin, các beta lactam khác: carbapenem, monobactam, chất ức chế beta lactam

 Nhóm aminoglycosid (aminosid): streptomycin, gentamicin, tombramycin,…

 Nhóm macrolid: erythromycin, clarithromycin, spiramycin,…

 Nhóm lincosamid: lincomycin, clidamycin,…

 Nhóm phenicol: cloramphenicol, thiamphenicol

 Nhóm tetracyclin: tetracyclin, doxycyclin

 Nhóm quinolon: acid nalidixic, ciprofloxacin, ofloxacin,…

 Nhóm co-trimoxazol: co-trimoxazol

 Nhóm peptid: Glucopeptid: vancomycin, polypeptid: polymyxin, bacitracin

4 Cơ chế tác dụng

Các kháng sinh tác dụng cơ bản qua việc ức chế phản ứng tổng hợp rất khác nhau của tế bào vi sinh vật gây bệnh Chúng liên kết vào các vị trí chính xác hay các phân tử đích của tế bào vi sinh vật mà tạo ra các phản ứng trao đổi chất Các mục đích tác dụng đặc trưng cho từng nhóm kháng sinh, tuy nhiên trong nhiều trường hợp người ta chưa biết được chính xác hết Có 6 tác dụng khác nhau đối với loại vi khuẩn

và nấm:

a Tác dụng lên thành tế bào

b Lên màng nguyên sinh chất

c Tác dụng lên quá trình tổng hợp ADN

d Tác dụng lên quá trình tổng hợp protein

e Sự trao đổi chất hô hấp

f Tác dụng lên các quá trình trao đổi chất trung gian

Nơi tác dụng Kháng sinh Quá trình bị ngăn Loại tác dụng

cản

Thành tế bào

Bacitracin Các cephalosporin Các penicillin Cycloserin Vancomycin

Tổng hợp mucopeptid Thành tế bào Thành tế bào Tổng hợp peptid của thành tế bào Tổng hợp mucopeptid

Diệt khuẩn

-Màng tế bào

Amphotericin B Nystatin

Polymycin

Chức năng của màng

Chức năng của màng

Tương tác của màng

Diệt nấm

-Diệt khuẩn

Các Ribosom Chloramphenicol Tổng hợp protein Kháng khuẩn Tiểu phân 50S Erythromycin Tổng hợp protein Kháng khuẩn

Tiểu phân 30S

Các aminoglycosid Các tetracyclin

Tổng hợp protein

và làm sai lệch quá trình này

Tổng hợp protein

Diệt khuẩn Kháng khuẩn

Các acid nucleic

Actinomicin Griseofulvin

Tổng hợp DNA và m.RNA

Phân chia tế bào

Diệt khuẩn Kháng nấm

DNA hoặc

RNA

Mitomycinl Rifampin

Tổng hợp DNA Tổng hợp mRNA

Diệt nấm Diệt khuẩn

5 Nguyên tắc sử dụng kháng sinh

- Chỉ sử dụng kháng sinh khi thật sự bị bệnh nhiễm khuẩn Chỉ có thầy thuốc điều trị dựa vào kinh nghiệm chữa bệnh, dựa vào xét nghiệm, làm kháng sinh đồ mới xác định được có nhiễm khuẩn hay không?

- Phải chọn đúng loại kháng sinh Nếu chọn dùng kháng sinh không đúng loại bệnh, thuốc sẽ không có hiệu quả

- Phải có sự hiểu biết về thể trạng người bệnh Đặc biệt đối với các phụ nữ có thai, người già, người bị suy gan, suy thận, chỉ có thầy thuốc điều trị mới có đủ thẩm quyền cho sử dụng kháng sinh

- Phải dùng kháng sinh đúng liều đúng cách

- Phải dùng kháng sinh đủ thời gian Tùy theo loại bệnh và tình trạng bệnh mà thời gian dùng kháng sinh có khi dài khi ngắn nhưng thông thường là không dưới 5 ngày

- Chỉ phối hợp nhiều loại kháng sinh khi thật cần thiết

- Phòng ngừa bằng thuốc kháng sinh phải thật hợp lý Chỉ có những trường hợp đặc biệt thầy thuốc mới cho dùng thuốc kháng sinh gọi là phòng ngừa

o Ví dụ: dùng kháng sinh phòng ngừa trong phẫu thuật do nguy cơ nhiễm khuẩn hậu phẫu Hoặc người bị viêm nội mạc tim đã chữa khỏi vẫn phải dùng kháng sinh để ngừa tái nhiễm

6 Lên men sinh tổng hợp kháng sinh

a Phương pháp lên men bề mặt

Lên men bề mặt là quá trình nuôi cấy vi sinh vật trên bề mặt môi trường rắn, đặc hay lỏng Vi sinh vật hấp thụ các chất dinh dưỡng của môi trường và sử dụng oxi không khí để hô hấp trên bề mặt môi trường dinh dưỡng Vì vậy yêu cầu của công nghệ lên men bề mặt là bề mặt môi trường phải đủ rộng, lớp môi trường không quá sâu (5-10cm), đồng thời phải giữ độ ẩm môi trường khoảng 60% (có trường hợp 90-100%) để tránh khô bề mặt môi trường

Lên men bề mặt có ưu điểm đơn giản, dễ thực hiện, đầu tư ban đầu thấp Nhưng có nhược điểm là đòi hỏi mặt bằng lớn, hiệu suất sử dụng thường thấp, khó cơ giới hoá và tự động hoá Chính vì lý do đó mà ngày nay, công nghiệp kháng sinh không áp dụng lên men bề mặt trong sản xuất mà chỉ áp dụng trong các phòng thí nghiệm để chọn giống

b Phương pháp lên men chìm

Phương pháp lên men chìm là kiểu lên men mà vi sinh vật phát triển trong không gian ba chiều của môi trường lỏng

Trước khi lên men phải có giai đoạn tạo giống

- Giống cấp 1: nuôi cấy trong bình nón trên máy lắc (100ml/500ml)

- Giống cấp 2: nuôi cấy trong bình giống 80l

- Giống cấp 3: nuôi cấy trong bình 1-5m3

Tỷ lệ giống trong môi trường là 1-10% Tỷ lệ giống phụ thuộc vào quy mô của bình lên men

Quá trình lên men có thể làm thay đổi các điều kiện ban đầu của môi trường: thay đổi pH, nồng độ các thành phần trong môi trường, các sản phẩm trao đổi chất, tạo bọt trên bề mặt môi trường Để dảm bảo những điều kiện tối ưu cho sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình lên men người ta đã đưa ra một số biện pháp như: cho thêm các chất phá bọt (mỡ cá voi, dầu thực vật, chất điều chỉnh pH hay dùng đệm để ổn định pH) Cũng có thể lấy mẫu dịch lên men phân tích để dánh giá các tham số và có

sự điều chỉnh (nếu cần) quá trình lên men

- Ưu điểm của phương pháp lên men chìm là:

 Sử dụng môi trường dinh dưỡng tối ưu, đáp ứng được nhu cầu sinh lý của vi sinh vật

 Hệ số sử dụng không gian cao

 Các thiết bị dễ cơ giới hoá, tự động hoá, tiết kiệm mặt bằng và tốn ít nhân công

- Nhược điểm

Đòi hỏi phải có trang thiết bị chuyên dùng (thiết bị chịu áp lực, điều kiện vô trùng tuyệt đối) do đó chi phí đầu tư lớn

Lên men chìm chia thành 4 kiểu chính:

- Lên men gián đoạn (lên men mẻ)

Quá trình lên men gián đoạn được xem như một hệ thống kín Trong suốt thời gian lên men không tác động hay bổ sung gì thêm trong môi trường lên men, trừ việc cung cấp oxi (dưới dạng không khí nén), chất phá bọt (nếu cần), điều chỉnh

pH Trong quá trình lên men, vi sinh vật phát triển qua 4 giai đoạn: pha tiềm tàng, pha log (luỹ thừa), pha dừng, pha suy tàn (hình)

Hình: đường cong biểu diễn các giai đoạn phát triển của vi sinh vật trong môi trường lỏng Với:

X: sinh khối khô vi sinh vật trong dịch lên men

T: thời gian lên men

Trong công nghiệp quá trình lên men kết thúc phụ thuộc vào việc sinh tổng hợp hoạt chất dừng lại ở pha nào trong chu kỳ sinh trưởng của vi sinh vật hoặc khi việc sinh tổng hợp hoạt chất đã bị chậm lại, nếu tiếp tục lên men sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế

- Lên men có bổ sung cơ chất

Lên men có bổ sung cơ chất là biến tướng phát triển của lên men đóng kín Trong khi lên men, do nồng độ cao của một số chất (glucoza, các hợp chất nitơ…)

ức chế việc tạo ra sản phẩm trao đổi thứ cấp Bởi vậy khi bắt đầu lên men các thành phần đó được đưa vào với một nồng độ thấp và được bổ sung vào hệ thống trong quá trình lên men

- Lên men liên tục

Quá trình lên men môi trường dinh dưỡng được bổ sung liên tục vào bình lên men, đồng thời lúc đó lấy ra đồng thể tích dịch lên men Quá trình này xem như một hệ mở

- Lên men bán liên tục:

Trong quá trình lên men việc bổ sung thêm môi trường dinh dưỡng và rút bớt dịch lên men không xảy ra liên tục mà định kỳ sau những khoảng thời gian xác định

II Kháng sinh Streptomycin

1 Lịch sử phát hiện, nguồn gốc

Streptomycin lần đầu tiên được tìm thấy từ các loài Micromonospora và

streptomyces vào ngày 19 tháng 10 năm 1943, bởi Albert Schatz , một sinh viên đại

học, trong phòng thí nghiệm của Selman Waksman Abraham tại Đại học Rutgers Tiến sĩ Waksman và nhân viên phòng thí nghiệm của ông đã phát hiện ra một

số loại thuốc kháng sinh, bao gồm: actinomycin, clavacin, streptothricin, streptomycin, grisein, neomycin, fradicin, candicidin, và candidin Trong số này, streptomycin và neomycin được ứng dụng rộng rãi trong điều trị nhiều bệnh truyền nhiễm Streptomycin là chất kháng sinh đầu tiên được sử dụng để chữa trị các bệnh lao Đây là phát hiện quan trọng vì streptomycin có thể diệt được nhiều loại vi

khuẩn mà penicillin không có tác dụng kể cả mycobacterium tuberculosis.

Vào cuối Chiến tranh Thế giới II, quân đội Hoa Kỳ đã thử nghiệm với streptomycin để điều trị nhiễm trùng đe dọa tính mạng tại một bệnh viện quân sự ở Battle Creek, Michigan Bệnh nhân đầu tiên được điều trị đã không tồn tại; bệnh nhân thứ hai sống sót nhưng bị mù do một tác dụng phụ của việc điều trị bằng kháng sinh trên

Các thử nghiệm ngẫu nhiên đầu tiên của streptomycin chống lại bệnh lao phổi

đã được thực hiện trong 1946-1947 Đơn vị nghiên cứu dưới sự chủ trì của Sir Geoffrey Marshall (1887-1982) Các thử nghiệm đã được cả hai thực hiện và kiểm soát giả dược và sau đó nó được chấp nhận rộng rãi như đã được thử nghiệm chữa bệnh ngẫu nhiên đầu tiên

Kết quả cho thấy streptomycin có hiệu quả chống lại bệnh lao, mặc dù có độc tính nhẹ và có vi khuẩn đề kháng với thuốc

2 Khái niệm:

Streptomycin là kháng sinh được tìm thấy đầu tiên trong nhóm aminoglycosid,

có nguồn gốc từ Streptomyces actinobacterium Griseus và có tác dụng diệt khuẩn,

bằng cách ngăn cản quá trình tổng hợp bình thường protein của vi khuẩn

Các tác dụng phụ của thuốc này là độc tính trên tai, độc thận, nhiễm độc thính giác của thai nhi, và tê liệt thần kinh cơ

Công thức hóa học không gian của Streptomycin

3. Tính chất lý hóa tính của streptomycin:

- pH tối ưu từ 6-8, pH 8 có thể phá hủy thuốc Do đó người ta thường dùng chất đệm citrat Natri

- Nhiệt độ và các tác nhân oxyhóa khử cũng làm hư hỏng streptomycin.

4 Cơ chế tác dụng:

Streptomycin là một chất gây ức chế tổng hợp protein của vi khuẩn Nó liên kết với các 16S rRNA nhỏ của tiểu đơn vị 30S của ribosom vi khuẩn gram âm, can thiệp vào sự gắn kết của formyl-methionyl-tRNA với tiểu đơn vị 30S Điều này dẫn đến codon hiểu sai, ức chế quá trình tổng hợp của protein và cuối cùng là cái chết của vi khuẩn tế bào thông qua các cơ chế vẫn chưa được tìm hiểu rõ Tuy nhiên có thể hiểu

cơ chế này như sau: sự liên kết của các phân tử với tiểu đơn vị 30S can thiệp với tiểu đơn vị 50S gắn với mRNA sợi Điều này dẫn đến một ribosome-mRNA phức tạp không ổn định, dẫn đến một đột biến lệch khung và tổng hợp protein lỗi, dẫn đến chết

tế bào Con người có ribosome được cấu trúc khác, vì vậy thuốc không có hiệu ứng này trong các tế bào của con người Ở nồng độ thấp, streptomycin chỉ ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn bằng cách gây ribosome prokaryote hiểu sai mRNA Streptomycin là một thuốc kháng sinh ức chế cả vi khuẩn Gram dương và Gram

âm, và do đó là một kháng sinh hữu ích phổ kháng khuẩn rộng

Là vi khuẩn hàng đầu chống trực khuẩn lao