Antibióticos

Antibiótico:Son productos del metabolismo microbiano que son capaces de matar o inhibir el crecimiento de otros microorganismos a bajas concentraciones Son de vital importancia para el

tratamiento de enfermedades infecciosas.

Son metabolitos secundarios.

La mayoría de los antibióticos son producidos por hongos filamentosos o bacterias del grupo actinomicetos.

Descripción

Anti : En contraBiotikos: Dado a la vida

Sustancias medicinales: poder para destruir o detener el crecimiento

sustancia química producida por un ser vivo o derivada sintética de él.

- Es bacteriostático: impide el crecimiento de l gérmenes- Bactericida: destruye los gérmenes .

organismos

infecciosos

Alexander Fleming, descubre la penicilina.

1928

S. XX

1939

1940

1944

Louis Pasteur descubrió algunas bacterias saprofíticas.

René Bubos aisló la tirotricina, el primer antibiótico utilizado en enfermedades humanas

Florey y Chain utilizan por primera vez la penicilina en humanos.

Selmam Waksman, descubre junto a sus colaboradores, la eritromicina

Mecanismos de acción

- inhibición de la síntesis de la pared celular - inhibición de la síntesis de proteínas- inhibición del metabolismo bacteriano- inhibición de la actividad o síntesis del ácido nucleico- alteraciones en la permeabilidad de la membrana celular

Mecanismos

de resistencia

- Inactivación del compuesto- Activación o sobreproducción del - - blanco antibacteriano - Disminución de la permeabilidad de la célula al agente- Eliminación activa del compuesto del interior de la célula

Local: (sobre la piel, ojos,

etc.)

Oral: tabletas o caramelos

Parenteral: subcutánea , itramuscular,

etc.

Administración

Producción No. de antibióticos

Fermentación 123Semisentéticos 50Sintéticos 3 Cloranfenicol Fosfomicina Pirrolnitrina

Grupo taxonómico No. De antibióticos

Bacterias 950 (14%)Actiomicetos 4600 (64%)Hongos 1600 (22%)

Búsqueda de nuevos antibióticos

Mejores antibióticos

• Químicos• Genéticos (mutasíntesis,

fusión de protoplatos, ingeniería genética)

Antibióticos con estructuras básicas nuevas

• Screening en nuevos grupos de microorganismos y utilizando nuevos procedimientos de prueba.

β-Lactámicos

Hoy en día, los β-lactámicos, especialmente penicilinas y Cephalosporinas, representan a nivel mundial ventas de US$ 15 billones ~ el 65% del mercado mundial de antibióticos.

Mejoras en la productividad a partir de: Penicillium chrysogenum Acremonium

chrysogenum Cephacremonium

alosporium

• 40-50 g/L de penicilina y 20-25 g /L para cefalosporina.

• rendimientos de recuperación de la penicilina G o penicilina V ahora son> 90%.

La forma tradicional por la que se descubren nuevos antibióticos consiste en el rastro o screening.

Se aísla de la naturaleza en cultivo axénico.

Producción de Penicilina

Penicillium notatum

Sir Alexander Fleming, 1952

Descrita por Fleming en 1929Aislada por Florey y Chain en 1940Primer ensayo clínico en 1941Producidas por muchos hongos: Penicillium y AspergillusBaja toxicidad (0,5-2% de pacientes desarrollan alergias)Inhibidores específicos de la síntesis de peptidoglicano

La penicilina es un ácido, y como tal dalugar a la formación de sales solubles, ypoco solubles.

a) Solubles: Combinadas con sodio ypotasio, son de acción rápida.

b) Poco solubles: Combinadas con procaína o benzatina. Actúan en forma lenta.

La penicilina, al estado seco, inclusive, se deteriora muy rápidamente, debido a sualto poder higroscópico. Las soluciones,una vez preparadas, pierden actividad rápidamente.

La producción de penicilina por la cepa aislada por Fleming era de 2 u.i./ml; los procesos actuales producen 85.000 u.i./ml.

Los primeros procesos para la producción de penicilina

implicaban el crecimiento de Penicillium notatum sobre la superficie de un medio líquido (Czapek-Dox-glucosa).

El período de incubación era usualmente de 6-12 días y posteriormente la penicilina se extraía con solventes previa separación del micelio.

Foto original tomada por Fleming Foto actual

El hongo Penicillium notatum impide el crecimiento de Staphylococcus aureus...

las diferentes variedades de antibióticos son el resultado de reacciones bioquímicasnaturales en el microorganismo, así como modificaciones químicas artificiales

Producción de Penicilina

5x10-3 esporas/ mL

Evitar la formación de agregados

Proceso fermentativo

Medio definido

Medio complejo

Condiciones de operación

Fermentación sumergida en tanques de 40.000 a 200.000 LVelocidad de aireación: 0,5-1,0 vvmAgitación: impulsores tipo turbina (120-150 rpm)Temperatura óptima: 25-27 °CpH: 6,5

Alimentación continua del fermentador con :

Rendimiento:

65% Mantenimiento energético25% Crecimiento10% Penicilina

• Alimentación asépticamente en acero inoxidable en reactores de tanque de 30,000-100,000 galones de capacidad.

• Tiempo aproximado de 120 a 200 h.

• Los altos niveles de oxígeno disuelto son críticas, especialmente en el crecimiento.

• Alrededor del 65% del carbono se metaboliza para mantenimiento celular, 20-25% para el crecimiento y 10-12% en la producción de penicilina.

Actualmente la extracción con solventes es la base para la separación y purificación de la penicilina.

Separación del micelio

La Penicilina es excretada al medio y menos del 1% permanece unida al micelio

El filtrado rico en penicilina es luego enfriado en un intercambiador de calor a 0 a - 4 °C con el objeto de disminuir la degradación enzimática y química durante las etapas de extracción posteriores.

Recuperación del Penicillium Chrysogenum esporulado y liofilizado. Esta etapa es importante, ya que de ella depende el compactamiento o no del micelio: si el micelio es compacto, disminuyen los rendimientos en la fase de producción.

Las penicilinas G y V son ácidos fuertes (pKa entre 2.5 - 3.1). Las formas ácidas son solubles.

En muchos solventes orgánicos y se pueden extraer con un alto rendimiento en acetato de amilo o de butilo a pH 2.5 - 3.0

La extracción se puede realizar en operaciones continuas, a contracorriente en extractores centrífugos en etapas múltiples, a temperaturas de 0 - 3 °C.Se debe tener en cuenta que tanto la penicilina G como la V se degradan en medio ácido con una cinética de primer orden a una velocidad proporcional a la temperatura y recíproca con respecto al pH.

la forma V en tales condiciones es más estable que la G, si el objetivo es obtener 6-amino penicilánico (6-APA) la producción de penicilina V es más aconsejable.

Recuperación del producto:

Se lleva a cabo por medio de dos etapas de extracción continua en contracorriente del caldo de fermentación con acetato de amilo o de butilo a 0-3oC y pH: 2,5-3,0

Penicilina + Acetato de Butilo(0-3º °C)pH: 2,5-3,0

La extracción de penicilina se puede realizar en una o más etapas sucesivas, con una acidificación del caldo filtrado con H2SO4 o H3PO4 al 10% P/V y con el agregado de un agente surfactante(0,003 - 0,1% p/v, en el solvente), realizándose la extracción y concentración en extractores centrífugos.

Después de la extracción se procede a la mezcla de la penicilina en una solución tampón de fosfato a pH 7

Precipitación fraccionada con una sal en forma sólida (ácido carboxílico alifático, sales alcalinas y de potasio )

Precursores

Penicilina

Cristalización y Precipitación

Los valores críticos:

• Concentraciones Na+ y K+

• Temperatura• Concentración de

penicilina • pH

Estos cristales son lavados y presecados con un solvente volátil que también separa impurezas coloreadas.

En caso de hacerse la cristalización a partir de un solvente se requiere también un exceso de Na+ o K+ , siendo los cristales recuperados en un filtro rotatorio a vacío.

El secado definitivo se puede realizar con aire caliente, vacío o calor radiante.

Se está llevando a cabo una intensa investigación para producir penicilina con células inmovilizadas.

En un estudio a escala de laboratorio se demostró la ventaja de este enfoque sobre el uso de sistemas discontinuos alimentados, pero esta técnica no ha sido introducida todavía a nivel comercial.

La penicilina es excretada al medio y menos del 1% permanece unida al micelio. Cada año se detectan aproximadamente 300 nuevas sustancias con actividad antibiótica, de las que el 30-35% son componentes secundarios de las fermentaciones de antibióticos conocidos.

se necesitan alrededor de 8-10 años para desarrollar un nuevo antibiótico con un costo medio de 10x106 - 20x106 dólares (6 – 12x106 €).

Referencias

Savidge TA (1984) Enzymatic conversion used in the production of penicillins and cephalosporins. In: Vandamme E (ed) Biotechnology of industrial antibiotics. Dekker, New York, pp 191–22Flores, & A. (2008). Penicilina. Recuperado el 20 de septiembre de 2012, de http://www.biologia.edu.ar/microind/producci%C3%B3n_de_penicilina.htmStrohl WR (1999) Secondary metabolites; antibiotics. In: Flickinger MC, Drew SW (eds) Encyclopedia of bioprocess technology: fermentation, biocatalysis and bioseparations, vol 5. Wiley, New York, pp 2348–2365

Co, M. &. (1975). Patente nº 443-458. E.U.