Công nghệ sản xuất chất kháng sinh Erythomycin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC&CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TIỂU LUẬN Đề tài: Công nghệ sản xuất chất kháng sinh Erythomycin GVHD: TS Phạm Tuấn Anh MỞ ĐẦU Sự hiểu biết nghiên cứu người vi sinh vật hạn chế Các nhà khoa học nói biết vi sinh vật phần nhỏ giới vi sinh vật Đó sinh vật có kích thước nhỏ bé lại có ảnh hưởng to lớn Các bệnh đại dịch gây nguy hiểm đến tính mạng người như: HIV, cúm H5N1 virus gây Bên cạnh gây hại cho người, có nhiều loài vi sinh vật có ích,có ứng dụng quan trọng đời sống Một số xạ khuẩn Streptomyces Giống xạ khuẩn có khả sinh nhiều loại chất kháng sinh: Tetracylin, Vancomycin , có Erythromycin Erythromycin loại kháng sinh dùng phổ biến nay, có khả chữa nhiều bệnh liên quan đến nhiễm khuẩn Chính Erythromycin đóng vai trò rât quan trọng điều trị nên nhóm chúng em chọn tìm hiểu đề tài “ Công nghệ sản xuất chất kháng sinh Erythromycin” NỘI DUNG 1.Giới thiệu chung chất kháng sinh Erythrmycin 1.1 Lịch sử: Các bệnh truyền nhiễm chiếm phần lớn bệnh người động vật Từ đầu kỷ 19 tỷ lệ tử vong nhiễm trùng cao, đặc biệt chiến tranh Cho đến nửa sau kỷ 19, người ta phát chinhsvi sinh vật thủ phạm gây hàng loạt bệnh truyền nhiễm Con người bắt đầu tập trung tìm hiểu loài vi sinh vật phương pháp điều trị bệnh vi sinh vật gây Vào năm 1928, Fleming phát chất kháng sinh Penicillin kháng sinh dùng điều trị năm 1940 Penicillin mở kỷ nguyên điều trị bệnh vi sinh vật gây Từ năm 1940 đến năm 1960, nhiều kháng sinh phát hầu hết từ xạ khuẩn, trở thành thời kỳ vàng son cho trình tổng hợp điều trị chất kháng sinh Năm 1952, chất kháng sinh Erythromycin phát Erythromycin chất kháng sinh tiểu biểu nhóm macrolide - Cho tới nǎm 1990, erythromycin macrolid dùng không thường xuyên troleandomycin đại diện nhóm Nǎm 1991, azithromycin clarithromycin tổng hợp đưa thị trường Nǎm 1995 dirithromycin có mặt thị trường 1.2 Đặc điểm: - Nhóm Macrolide nhóm kháng sinh có cấu trúc aglycon, nhân lacton, vòng gồm 12-19 carbon Đều chiết từ môi trường nuôi cấy nấm streptomyces có chế tác dụng phổ tác dụng giống Trong nhóm có phân nhóm: - Macrolide thực thụ có: erythromycin, oleandomycin, spiramycin, midecamycin, josamycin… - Macrolide dùng nhiều đường nối đôi, có vòng lacton, thường nhánh metyl, chứa nối đôi liên hợp, nhóm thường kháng sinh chống nấm: nystatin, amphotericin B, grycefulvin… - Macrolide phân tử có vòng lớn chứa nhân trơn: rifamycin… Eythromycin Côngthức AC37H67NO13OHCH3 BC37H67NO12HCH3 CC36H65NO13OHH C37H67NO13 phân tử R1 R2 Erythromycin base hỗn hợp Erythromycin A, B, C, chủ yếu erythromycin A Erythromycin base dạng bột tinh thể màu trắng ánh vàng, dễ hút ẩm, tan trog nước (độ tan giảm nhiệt độ tăng), tan nhiều dung môi hữu cơ: ethanol, methanol, tan acid loãng Cấu trúc hoá học cấu trúc không gian Erythromycin 1.3 Phổ tác dụng: Erythromycin có phổ tác dụng rộng với vi khuẩn gây bệnh bao gồm cầu khuẩn Gram dương, Streptococcus Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes Nhiều chủng Staphylococcus aureus nhạy cảm, đề kháng tăng lên nhanh Các số liệu báo cáo ASTS cho thấy năm gần đây, Staphylococcus, Pneumococcus, Streptococcus tan huyết nhóm A kháng erythromycin tăng lên nhiều, tỉ lệ đề kháng tăng đến 40% (Streptococcus pneumoniae), 55% (Enterococcus faecalis), 51% (Streptococcus viridans) 59% (Staphylococcus aureus) Sự kháng erythromycin tăng dần qua năm Việt Nam lạm dụng macrolid Các macrolid nói chung erythromycin nói riêng phải hạn chế sử dụng, dùng cần, có may giảm kháng thuốc Nhiều vi khuẩn Gram dương khác nhạy cảm với erythromycin có: Bacillus anthracis, Corynebacterium diphteria, Erysipelothris rhusioparthiae; Listeria Listeria Thuốc có tác dụng trung bình với vi khuẩn yếm khí Clostridium spp., chủng loại Nocardia thay đổi nhạy cảm Erythromycin tác dụng với Propionibacterium acnes Erythromycin có tác dụng với cầu khuẩn Gram âm Neisseria meningitidis, Nesseria gonorrheae Moraxella (Branhamella) catarrhalis Các vi khuẩn Gram âm khác có độ nhạy cảm thay đổi thuốc tác dụng hữu hiệu là: Bordetella spp., vài chủng Brucella, Flavobacterium, Legionella spp Pasteurella, Haemophilus ducreyi ghi nhận nhạy cảm, Haemophilus influenzae lại nhạy cảm Các Enterobacteriaceae nói chung không nhạy cảm, vài chủng nhạy cảm với thuốc pH kiềm Trong khuẩn yếm khí Gram âm có Helicobacter pyloridis nhiều chủng Campylobacter jejuni nhạy cảm (khoảng 10% chủng sau kháng) Hơn nửa chủng Bacteroides fragilis nhiều chủng Fusobacterium kháng Erythromycin Các vi khuẩn khác nhạy cảm với thuốc bao gồm Actinomyces, Chlamydia, Rickettsia spp., Spirochete Treponema pallidum Borrelia burgdorferi, số Mycoplasma (nhất Mycoplasma pneumoniae) số Mycobacteria hội M scrofulaceum M kansasii, Mycoplasma tế bào lại thường kháng, kể M fortuitum Các nấm, nấm men virus kháng Erythromycin Nồng độ ức chế tối thiểu erythromycin thấp 0,001 microgam/ml Mycoplasma pneumoniae nồng độ ức chế tối thiểu từ 0,01 - 0,25 microgam/ml Listeria, Neisseria gonorrheae Corynebacterium diphteria, Moraxella catarrhalis Bordetella pertussis Các vi khuẩn có nồng độ ức chế tối thiểu đến 0,5 microgam/ml coi nhạy cảm với kháng sinh khuẩn có độ ức chế tối thiểu từ 0,5 - microgam/ml có độ nhạy cảm trung bình Đặc điểm chế tác dụng, dược động học, tính kháng thuốc nhóm Macrolide 2.1 Cơ chế tác dụng Hình 1: Cơ chế tác dụng thuốc kháng sinh (http://www.impeqn.org.vn/impeqn/vn/portal/InfoDetail.jsp? area=58&cat=1092&ID=2810) Với nhóm Macrolide thực thụ: có tác dụng kìm khuẩn, diệt khuẩn với chủng cầu khuẩn gram(+) như: Mycoplasma pneumoniae, Helicobacter influenzae… Thuốc ức chế tổng hợp protein, gắn vào tiểu phần 50s ribosom vi sinh vật ức chế peptidyl – transferase trình tổng hợp protein vi khuẩn, không ức chế tế bào vật chủ Nhóm Macrolide có tác dụng đối kháng với Cloramphenicol, Lincosamide, đối kháng với nhóm β – lactamin Nhưng lại có tác dụng hiệp đồng với nhóm Tetracycllin (trong điều trị tụ cầu liên cầu khuẩn), Rifampicin (trong điều trị bệnh lao) Macrolide tạo “thời kỳ nghỉ vi khuẩn” – có nghĩa sau tiếp xúc vài với thuốc macrolide tích luỹ vi khuân Lúc vi khuẩn không tiếp tục phát triển được, khả gây bệnh, dễ bị thực bào khả phòng vệ vật chủ 2.2 Kháng thuốc Kháng tự nhiên gồm phần lớn vi khuẩn gram (-) hiếu khí Kháng thu + Do thay đổi sinh hoá tiểu phần 50s Bản chất thể kháng đột biến gen có cấu trúc tương ứng với hay nhiều protein 50s, từ vi khuẩn đột biến trở nên kháng thuốc + Kháng mắc phải có nguồn gốc thể nhiễm sắc phổ biến, gồm tụ cầu, liên cầu nhóm D, Clostridium perfringens Cơ chế kháng methylase có từ trước hay cảm ứng(induction) Macrolide làm xúc tác cho phản ứng dimethyl hoá adenin(xảy đoạn 23s tiểu phần 50s ribosom), làm cho ribosom giảm lực với Macrolide túc làm giảm tác dụng nhóm Macrolide 2.3 Dược động học Tác dụng kìm khuẩn ,hấp thu đường tiêu hóa không Phân bố tổ chức (ngoài trừ não, dịch não tủy nước tiểu), thải trừ chủ yếu qua dịch mật Thuốc tác dụng đối cầu khuẩn gram âm, vài trực khuẩn gram âm, kỵ khí Đề kháng tự nhiên với vi khuẩn ruột (Pseudomonas, Mycoplasma hominis) Đề kháng chéo với Haemophilus influenzae (60%), cầu khuẩn ruột (50 - 70%), tụ cầu (15 - 30%), phế cầu (22%), lậu cầu, trực khuẩn 3.Công nghệ sản xuất Erythromycin 3.1.Chủng vi sinh vật Bảng số chất kháng sinh sinh tổng hợp số chủng vi sinh vật Erythromycin tổng hợp từ xạ khuẩn Streptomyces erythreus Xạ khuẩn Stretomyces erythreus sinh sản vô tính bào tử Trên đầu sợi khí sinh hình thành cuống sinh bào tử chuỗi bào tử Xạ khuẩn Streptomyces erythromycin có cấu tạo giống vi khuẩn Gram dương, hiếu khí, dị dưỡng chất hữu Loài có khả sinh chất kháng sinh Erythromycin Quá trình sinh tổng hợp cùa Erythromycin tế bào: Con đường sinh tổng hợp Erythromycin tế bào 3.2 Quá trình lên men * Giai đoạn chuẩn bị dịch lên men: - Giống: Giống công nghiệp S.erythreus bảo quản lâu dài dạng đông khô, bảo quản siêu lạnh -700C bảo quản nitơ lỏng - Nhân giống : Giống từ môi trường bảo quản cấy chuyền môi trường thạch hộp để hoạt hoá nuôi thu bào tử Dịch huyền phù bào tử thu từ hộp petri cấy chuyển tiếp sang môi trường bình tam giác, sang thiết bị phân giống nhỏ, qua thiết bị nhân giống trung gian cuối thiết bị nhân giống sản xuất Yêu cầu quan trọng của công đoạn nhân giống phải đảm bảo cung cấp đủ lượng giống cần thiết, với hoạt lực cao, chất lượng đảm bảo thời điểm hco công đoạn nhân giống cuối cung cấp đủ lượng giống đạt yêu cầu kỹ thuật cho lên men sản xuất Trong thực tế, để đảm bảo trình lên men tốt, người ta tính toán lượng giống cấp với mật độ giống dịch lên men đầu khoảng 2.106 bào tử/ml - Môi trường lên men: Thành phần môi trường lên men: Glucose : 5% Bột đậu : 3,0 (NH4)2SO4 :0,3 NaCl : 0,5 Môi trường lên men sau pha xong phải trùng lọc bơm lên thùng lên men - Thiết bị lên men: Phải vô khuẩn trước đưa vào sử dụng Thường trùng nhiệt 2,5 – 3,0 at thời gian Đồng thời khử khuẩn nghiêm ngặt tất hệ thống ống dẫn, khớp nối, van, phin lọc tất thiết bị phụ trợ khác….Trong trình lên men cố gắng trì áp suất dư thiết bị nhằm hạn chế rủi ro nhiễm tạp - Không khí lọc máy lọc khí để tránh nhiễm tạp bơm vào thùng lên men Giai đoạn lên men: Quy trình lên men ( công ty Mountaineer Biocorp, Inc.,) E-702: thiết bị trao đổi nhiệt E-701: thiết bị làm lạnh không khí V-701: thùng điều chỉnh pH F-702: Thiết bị lọc thùng quay R-701: thiết bị lên men T-701,T-702: thiết bị trích ly Phương pháp lên men: Kỹ thuật lên men sử dụng kĩ thuật lên men chìm nhiều ưu điểm vượt trội so với kĩ thuật lên men bề mặt Như có khả giới hoá, đại hoá, trình xảy cách liên tục, kiểm soát yếu tố ảnh hưởng trình lên men Diện tích sử dụng ít, cho hiệu suất Sơ đồ cấu tạo thùng lên men Lên men theo phương thức lên men gián đoạn (batch) Quá trình lên men tiến hành 72 Phương thức lên men gián đoạn: tiến hành lên men mẻ, tính toán pha trộn nguyên liệu theo mẻ cấp vào thùng lên men, sau lên men xong lấy dịch theo mẻ Phương pháp có ưu điểm đơn giản, dễ thực hiện, nguyên liệu cung cấp tính toán cho mẻ Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men: -Nhiệt độ: có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng khả sinh tổng hợp chất kháng sinh xạ khuẩn Đa số xạ khuẩn phát triển tốt ở nhiệt độ 28- 30oC nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng tổng hợp chất kháng sinh nằm khoảng từ 18-28oC Do nhiệt độ cao chất kháng sinh dễ bị phân hủy nên tiến hành lên men nhiệt độ thấp để xạ khuẩn phát triển tốt khả sinh tổng hợp chất kháng sinh cao Nhiệt độ cho trình lên men Erythromycin 28oC - pH: Sinh tổng hợp chất kháng sinh phụ thuộc nhiểu vào pH môi trường pH tác động trực tiếp đến tính chất hệ keo tế bào, hoạt lực enzym pH kiềm hay acid ức chế trình sinh tổng hợp chất kháng sinh pH tối ưu cho sinh tổng hợp chất kháng sinh thường pH trung tính Trong lên men Erythromycin, pH =7,5 - Oxy: Xạ khuẩn loại vi sinh vật có nhu cầu oxy cao vi sinh vật khác, giai đoạn nhân giống Thế tích khí cấp cho lên men Erythromycin 0,4V khí/ V dịch.phút 3.3 Tách tinh chế sản phẩm Dịch lên men Kiềm hóa Lọc Trích ly butyl acetat Trích ly nước Kết tinh Sấy Erythromycin tinh khiết Quy trình : Sau lên men, dịch lên men bơm vào thùng V-701 chứa dung dịch NaOH để điều chỉnh pH từ 7,5 lên 10,7 Sau đó, dịch đem lọc thiết bị lọc thùng quay F702, Erythromycin sản phẩm ngoại bào nên hòa tan dịch lên men, lọc thiết bị xác tế bào nằm phía lưới lọc, cạo bỏ, thu hồi dịch lọc chứa Erythromycin Dịch lọc bơm vào thiết bị trích ly sử dụng dung môi butylacetat T-701, để loại bỏ chất tan dung môi, sau tiến hành trích ly nước pH = T702 để loại chất tan nước Butyl acetat thu hồi T702 tuần hoàn lại sang T701 để tránh lãng phí tránh thải butyl acetat gây ô nhiễm môi trường Nước sau thu T-701 tải sử dụng V-701 Dịch chứa Erythromycin đưa vào thiết bị V-702, dịch trộn với dung dịch NaOH, pH điều chỉnh lên 9,5, cách làm giảm khả hòa tan erythromycin vào dịch kết tinh dễ dàng Tách tinh thể erythromycin cách lọc thiết bị F-703, nước sau lọc sử lý tia UV deion hóa để tái sử dụng Các tinh thể Erythromycin thô trộn với dung dịch aceton thiết bị CR-701, thêm lượng nước thích hợp thêm chất mầm kết tinh hydroxyl methyl cellulose Erythromycin dạng dihydrat lọc lại F-704 sấy D-701 4.Ứng dụng y học: Erythromycin thuốc kháng sinh phổ biến thị trường Erythromycin sử dụng dạng viên nén, dạng cốm đóng chai - Erythromycin dùng để điều trị nhiều bệnh nhiễm khuẩn viêm phế quản, viêm ruột Campylobacter, hạ cam, bạch hầu, viêm phổi nhiễm khuẩn Legionella, viêm kết mạc trẻ sơ sinh viêm kết mạc Chlamydia, ho gà, viêm phổi (do Mycoplasma, Chlamydia, loại viêm phổi không điển hình Streptococcus), viêm xoang; phối hợp với neomycin để phòng nhiễm khuẩn tiến hành phẫu thuật ruột - Erythromycin có thuận lợi tetracyclin dùng cho người mang thai cháu nhỏ, có ích để trị bệnh viêm phổi không điển hình Chlamydia Haemophilus influenzae - Erythromycin dùng cho người bệnh dị ứng với kháng sinh beta-lactam nên dành riêng cho người bệnh dị ứng penicilin, không kháng thuốc tăng đến mức không kiểm soát - Dùng thay penicilin dự phòng dài hạn thấp khớp cấp KẾT LUẬN Trên giới ngành công nghệ sản xuất kháng sinh phát triển mạnh Từ năm 1940, giới sản xuất loại kháng sinh thương mại Đến ngày nay, có thêm rẩt nhiều loại kháng sinh phát sản xuất để phục vụ nhu cầu chữa bệnh người Công nghệ sản xuất chất kháng sinh nước ta chưa phát triển tỷ lệ sử dụng thuốc kháng sinh lớn Tuy nhiên, việc lạm dụng chất kháng sinh tạo tượng kháng thuốc gây hậu nghiêm trọng Do đó, càn phải sử dụng chất kháng sinh cách hợp lý Erythromycin chất kháng sinh có khả chữa nhiều bệnh nhiễm khuẩn phổ biến thị trường Hiểu biết chất kháng sinh giúp ta biết cách sử dụng thuốc tốt tránh lạm dụng thuốc TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Văn Cách Công nghệ lên men hợp chất kháng sinh, Nhà xuất Khoa họcKỹ thuật , 2000 Từ Minh Koong Kỹ thuật sản xuất dược phẩm, tập II Nhà xuất Y học, 2007 [...]... thêm rẩt nhiều loại kháng sinh được phát hiện và sản xuất để phục vụ nhu cầu chữa bệnh của con người Công nghệ sản xuất chất kháng sinh ở nước ta chưa phát triển nhưng tỷ lệ sử dụng thuốc kháng sinh rất lớn Tuy nhiên, việc lạm dụng chất kháng sinh tạo hiện tượng kháng thuốc gây hậu quả nghiêm trọng Do đó, càn phải sử dụng chất kháng sinh một cách hợp lý Erythromycin là chất kháng sinh có khả năng chữa... hưởng rất lớn đến sinh trưởng và khả năng sinh tổng hợp chất kháng sinh của xạ khuẩn Đa số các xạ khuẩn phát triển tốt ở ở nhiệt độ 28- 30oC nhưng nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng tổng hợp chất kháng sinh nằm trong khoảng từ 18-28oC Do ở nhiệt độ cao thì chất kháng sinh dễ bị phân hủy nên tiến hành lên men ở nhiệt độ thấp hơn để xạ khuẩn vẫn phát triển tốt và khả sinh tổng hợp chất kháng sinh cao Nhiệt... 28oC - pH: Sinh tổng hợp chất kháng sinh phụ thuộc rất nhiểu vào pH môi trường pH tác động trực tiếp đến tính chất hệ keo của tế bào, hoạt lực của các enzym pH kiềm hay acid đều ức chế quá trình sinh tổng hợp chất kháng sinh pH tối ưu cho sinh tổng hợp chất kháng sinh thường là pH trung tính Trong lên men Erythromycin, pH =7,5 - Oxy: Xạ khuẩn là loại vi sinh vật có nhu cầu oxy cao hơn các vi sinh vật... kháng sinh beta-lactam và nên dành riêng cho người bệnh dị ứng penicilin, nếu không thì sự kháng thuốc sẽ tăng đến mức không kiểm soát được - Dùng thay thế penicilin trong dự phòng dài hạn thấp khớp cấp KẾT LUẬN Trên thế giới ngành công nghệ sản xuất kháng sinh phát triển mạnh Từ những năm 1940, thế giới đã sản xuất được loại kháng sinh thương mại đầu tiên Đến ngày nay, đã có thêm rẩt nhiều loại kháng. .. rất nhiều bệnh về nhiễm khuẩn và phổ biến trên thị trường Hiểu biết về chất kháng sinh này giúp ta biết cách sử dụng thuốc tốt hơn và tránh lạm dụng thuốc TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Văn Cách Công nghệ lên men các hợp chất kháng sinh, Nhà xuất bản Khoa họcKỹ thuật , 2000 2 Từ Minh Koong Kỹ thuật sản xuất dược phẩm, tập II Nhà xuất bản Y học, 2007 3 ... thể Erythromycin thô được trộn với dung dịch aceton trong thiết bị CR-701, thêm một lượng nước thích hợp rồi thêm chất mầm kết tinh hydroxyl methyl cellulose Erythromycin dưới dạng dihydrat được lọc lại ở F-704 và được sấy trong D-701 4.Ứng dụng trong y học: Erythromycin là thuốc kháng sinh phổ biến trên thị trường Erythromycin được sử dụng dưới dạng viên nén, dạng cốm hoặc đóng trong chai - Erythromycin... 0,4V khí/ V dịch.phút 3.3 Tách và tinh chế sản phẩm Dịch lên men Kiềm hóa Lọc Trích ly trong butyl acetat Trích ly trong nước Kết tinh Sấy Erythromycin tinh khiết Quy trình : Sau khi lên men, dịch lên men được bơm vào thùng V-701 chứa dung dịch NaOH để điều chỉnh pH từ 7,5 lên 10,7 Sau đó, dịch được đem lọc bằng thiết bị lọc thùng quay F702, do Erythromycin là sản phẩm ngoại bào nên hòa tan ở trong dịch... ngoài lưới lọc, được cạo bỏ, thu hồi dịch lọc chứa Erythromycin Dịch lọc được bơm vào thiết bị trích ly sử dụng dung môi butylacetat T-701, để loại bỏ các chất tan trong dung môi, sau đó tiến hành trích ly trong nước ở pH = 5 ở T702 để loại các chất tan trong nước Butyl acetat thu hồi ở T702 được tuần hoàn lại sang T701 để tránh lãng phí và tránh thải butyl acetat ra ngoài gây ô nhiễm môi trường Nước... đóng trong chai - Erythromycin dùng để điều trị nhiều bệnh nhiễm khuẩn như viêm phế quản, viêm ruột do Campylobacter, hạ cam, bạch hầu, viêm phổi và các nhiễm khuẩn do Legionella, viêm kết mạc trẻ sơ sinh và viêm kết mạc do Chlamydia, ho gà, viêm phổi (do Mycoplasma, Chlamydia, các loại viêm phổi không điển hình và cả do Streptococcus), viêm xoang; phối hợp với neomycin để phòng nhiễm khuẩn khi tiến