Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
молекул, которые ответственны за антибиотическую активность, а также
создать рациональные основы "конструирования" антибиотиков и
усовершенствования производства.
Пенициллиназы (jj-лактамазы) гидролизуют р-лактамное кольцо молекулы
субстрата и являются основой устойчивости болезнетворных бактерий к
пенициллинам и цефалоспоринам. В результате гидролиза амидной связи
кольца образуется пенициллиновая кислота (рис. 4.9), которая полностью
лишена антимикробной активности. Эти ферменты синтезируются многими
бактериями; они могут различаться по строению и специ-
0 nh2
II I
но-с -СН(СН2)з-
сн2-о-с-СНз
II
соон о
Химический гидролиз
СООН О
7-Аминоцефалоспораковая кислота
Рис. 4.11. Гидролиз цефалоспорина С.
фичности. Глубокое изучение механизмов их действия позволило наладить
производство устойчивых аналогов антибиотиков, таких как ампициллин и
карбенициллин, а также найти природные ингибиторы лактамазы -
клавулановую и оливановую кислоты. р-Л актам азы используются для оценки
количества пенициллинов в пищевых продуктах и биологическом сырье, а
также для инактивации пенициллина в молоке, что предотвращает
аллергические реакции у его потребителей.
В некоторых случаях получить полезные предшественники с помощью микробов
не удается. Так, при выработке цефалоспорина в основном образуется
цефалоспорин С, который приходится затем химическим методом гидролизовать
до 7-амино-•цефалоспорановой кислоты (рис. 4.11) и уже ее использовать
Химия и технология
16J
как субстрат для получения новых полусинтетических цефало-споринов.
Способность микроорганизмов выступать в роли химических катализаторов
впервые удалось использовать в полной мере для синтеза промышленно важных
стероидов. В последние тридцать лет субстратная и стереоспецифичность
ферментов нашла широкое применение в производстве стероидов при
осуществлении разнообразных реакций: гидроксилирования, дегидроксилирова-
ния, эпоксидирования, окисления, восстановления, гидрогенизации,
дегидрогенизации, этерификации, гидролиза эфиров и изомеризации. Целью
всеобъемлющих исследований в этой области было осуществление
специфических структурных перестроек стероидов при мягких условиях.
Специфичность таких реакций определяется либо выбором определенного вида
микроорганизмов, либо химической модификацией субстрата, стереохимически
исключающей другие реакции. Понимание зависимости между строением молекул
субстрата и характером его перестройки, осуществляемой микроорганизмами,
позволило сформулировать требования для каждой конкретной реакции,
например для гидроксилирования. В определении скорости и направления
реакции главную роль, как выяснилось, играют положение и ориентация
замещающих групп в молекулах стероидов. История развития методов
микробиологического преобразования стероидов представляет собой
прекрасный пример сочетания химического подхода со специфичностью и
разнообразием биологических систем. Кроме того, на этой основе может быть
осуществлен синтез новых стероидов, обладающих лучшими фармакологическими
свойствами.
Первый запатентованный процесс микробной трансформации стероидов был
разработан в 1937 г., но внедрить его в промышленность удалось лишь в
1952 г. [процесс 11-а-гидроксилирова-ния прогестерона некоторыми видами
грибов (рис. 4.12)]. С технологической точки зрения этот процесс не
потерял значения и теперь. Сегодня в нем используются виды грибов с
весьма высокой субстратной специфичностью относительно места
гидроксилирования. Дальнейшее усовершенствование процесса может быть
основано на использовании спор грибов или же на изменении состава
культуральных сред. Упомянутая выше трансформация может быть выполнена с
высоким выходом при концентрации субстрата 20-50 г/л. Сходным образом по
положению 7 и 14 может быть гидроксилирован дезоксикортикосте-рон. Если
провести ба-метилирование ядра молекулы стероида, то нежелательного
гидроксилирования по 7а-положению не произойдет. Направленное
гидроксилирование путем химической модификации широко используется для
повышения эффективности процесса.
11-1344
162
Главп -"
СН3
с=о
С -О-
Рис. 4.12. Схема применяемого в промышленности метода микробной
трансформации прогестерона.
Большинство поступающих в продажу стероидов, обладающих
противовоспалительным действием, - это производные преднизолона, и именно
этим определяется важная роль процессов микробного гидроксилирования
кортикостерона (вещества S Рейхштейна) и его производных. В промышленном
масштабе производство гидрокортизона путем гидроксилирования
кортикостерона осуществляется при участии некоторых видов-грибов
(например, Cunninghamella blakesleeana) с начала 50-х годов. За это время
процесс был неоднократно усовершенствован. Проблемы, связанные с
деградацией субстрата, которая происходит при обычных условиях
производства, можно решить путем регулярного его добавления или
использования других микроорганизмов, например Thieghemella orch.id.is.
