Обзор о современном состоянии и перспективах мирового производства антибиотиков

ВВЕДЕНИЕ

     Целью выпускной квалификационной работы является расширение и закрепление знаний на основе сбора, систематизации и анализа информации в соответствии с темой работы «Производство гентамицина»
      Гентамицины – это совокупность антибиотиков основного характера,  которые обладают широким спектром биологического действия. Препарат значится одним из особенно эффективным средством лечения тяжелых гнойно-септических процессов, вызываемых грамотрицательными микроорганизмами.
     Производство большей части антибиотиков в промышленном масштабе выполняется путем биосинтеза. Селекция продуцентов антибиотиков достигла наилучших успехов; при ферментации применяются высокопродуктивные штаммы и специально разработанные питательные среды. Способы выделения и очистки препаратов очень разнообразны и определяются химической природой активного вещества.
     Синтез антибиотиков с ранее заданными свойствами в свою очередь требует новых подходов к изучению механизма их действия и с этой целью изучают зависимость действия антибиотиков от химического строения, наличия активных центров в молекуле и прочих тонких структурных особенностей, обусловливающих действие препаратов.






     
     
     1 Литературный обзор 
     
     Антибиотики являютcя химическими веществaми, которые могут ингибировaть роcт, и даже уничтожить вредные микрооргaнизмы. Они получены из cпециальных микрооргaнизмов или других живых сиcтем, и выпуcкaются в промышленных маcштaбaх c использованием процесса ферментации. До двадцатого века принципы действия антибиотика не были изучены. Хотя первое известное использование антибиотиков был китайцами более 2500 лет назад. На сегодняшний день было записано более 10000 антибиотических препаратов.      
       В настоящее время антибиотики предполагают собой многомиллиардную отрасль индустрии, которая продолжает расти с каждым годом. Впервые термин «антибиотик» (буквальный перевод – «против жизни») ввел в использование С. Ваксман в 1942 году. Впрочем до сих пор в литературе встречаются как более широкие, так и более узкие определения этого понятия. Индивидуальные качества и действие антибиотика главным образом находится в зависимости от его  химической структуры [1].
     Характеризуя антибиотики как химические соединения, следует обозначить следующие их особенности; молекулы антибиотиков состоят из углерода и водорода, или же из углерода, водорода, азота и кислорода, в кое-каких случаях имеются атомы серы, фосфора или галогенов;  в молекуле антибиотиков представлены буквально все известные в органической  химии группировки: карбоксильные, карбонильные, циклические, ароматические и др. С биологической точки зрения антибиотики относятся к вторичным метаболитам клетки. Это означает, что они синтезируются на определенной  стадии становления культуры-продуцента и их образование не считается обязательным для клетки [2].


     1.1 Обзор о современном состоянии и перспективах мирового производства антибиотиков
     
        Антибиотики это вещества природного или же полусинтетического происхождения. Получают их путем экстрагирования из колоний грибков, бактерий, тканей растений или животных. В некоторых случаях исходную молекулу подвергают дополнительным химическим модификациям с целью сделать лучше определенные свойства антибиотика (полусинтетические антибиотики). Антибиотики применяются во многих формах, каждая из которых предъявляет несколько иные требования к производству. Для бактериальных инфекций на поверхности кожи, глаз или уха, антибиотик может быть использован в виде мази или крема. В случае если инфекция является внутренним, антибиотик может быть проглочена или вводят непосредственно в тело. В таких случаях, антибиотик доставляется по всему телу за счет абсорбции в кровоток [2]. 
     На данный момент существует огромное число всевозможных антибиотиков. Правда, в медицине применяются только немногие из них, иные, по причине повышенной токсичности, не могут быть использованы для лечения инфекционных болезней у людей. 
     Коммерческое развитие антибиотика является длительным и дорогостоящим предложением. Оно наступает с фундаментальных иccледований, нaпрaвленных на выявление оргaнизмов, которые производят aнтибиотичеcкие соединения. Во время этой фазы, тысячи видов, проверяются на наличие признаков антибактериального действия. Когда обнаруживается, видовой сверяется с множеством известных инфекционных бактерий. В случае если результаты являются многообещающими, организм выращивают в больших масштабах, так что соединение, ответственное за эффект антибиотика может быть выделено. Это сложная процедура, потому что тысячи антибиотических материалов уже были выявлены. Нередко, ученые считают, что их новые препараты не считаются уникальными. Если материал проходит эту фазу, последующее теcтировaние может быть cделано. Это, как правило, включает в себя клинические проверки, чтобы обосновать, что антибиотик работ у животных и человека и не наносит вреда. Если проведены эти испытания, администрация пищевых продуктов и медикаментов обязан вслед затем утвердить антибиотик в качестве нового лекарственного средства. Весь данный процесс может занять много лет. Крупное производство антибиотика зависит от процесса брожения.  Во время ферментации, организмы производят материал антибиотик, который затем может быть выделен для применения в качестве фармацевтического средства. Для нового антибиотика,производители должны иметь возможность получить высокий выход лекарственного средства из процесса ферментации, и быть в состоянии легко изолировать его. Обширные исследования, как правило, требуется, прежде чем новый антибиотик можно коммерчески расширены [3].  
     Чрезвычайное многообразие антибиотиков послужило предпосылкой создания классификации и разделения антибиотиков на группы. При этом внутри группы собраны антибиотики с идентичной химической структурой (происходящие из одной и той же молекулы сырья) и действием. Изобретение антибиотиков, без преувеличения, можно именовать одним из величайших достижений медицины минувшего века. Первооткрывателем антибиотиков считается британский ученый Флеминг, который в 1929 году описал антибактериальное воздействие колоний грибка Пенициллина на колонии бактерий разраставшихся по соседству с грибком. Угнетение антибиотиками роста других организмов включает два понятия: бактериостатическое, при котором впоследствии удаления антибиотика из среды рост восстанавливается, и бактерицидное – необратимое летальное действие антибиотика на клетку. В том случае, если гибель микроорганизма определяется лизисом клетки, говорят о бактериолитическом действии антибиотика. Соответствующие указанным выше эффектам концентрации антибиотиков получили название бактерицидных и бактериостатических. Основная характеристика активности антибиотика – минимальная концентрация, подавляющая роcт микроорганизмов, которая называетcя минимальная подaвляющaя (или ингибирующая) концентрация (МПК, МИК). На данную величину оказывают влияние ряд факторов: состав среды в которой ведется определение (рН, наличие сыворотки, определенных катионов); условия инкубирования (температура, время, аэрация) ;величина и плотность инокулюма и т. п. Кроме того, характеризуя действие антибиотика, тем более нужно принимать во внимание вид микроорганизмов и форму его нахождения in vivo ? внутри- или внеклеточно [3].
      Различная активность антибиотиков в отношении микро-, а также макроорганизмов может быть связана с различными факторами. Во-первых, она находится в зависимости от различной проницаемости клеточных оболочек для поступления антибиотиков. Во-вторых,поступая в клетку, антибиотик должен проникнуть через липофильную внешнюю и внутреннюю мембраны, гидрофильный   пептидогликан  и попасть в гидрофильную цитоплазму. В этом случае говорят о том, что степень гидрофильности антибиотика должна быть подходящей. В зависимости от этого свойства может быть задействовано несколько механизмов поступления антибиотиков, в том числе – активный и пассивный транспорт, использование транспортных систем для других соединений [4].
     
       1.2 Биосинтез антибиотиков
     
       Биосинтез антибиотиков - наследственная особенность организмов, проявляющаяся в том, что каждый вид (штамм) способен создавать один или несколько вполне определенных, строго специфичных для него антибиотических препаратов. Вместе с тем известно, что одинаковые антибиотики могут образовываться несколькими видами организмов. И это нисколько не противоречит мысли о наследственно закрепленном свойстве микроорганизмов продуцировать конкретные антибиотические вещества. Выявление потенциальной способности образовывать в процессе жизнедеятельности антибиотики связано с условиями культивирования организмов [5]. 
     Для  максимального снижения себестоимости препарата необходимо: внедрение в создание более высокопродуктивных штаммов микроорганизмов – продуцентов антибиотиков; создание и обеспечение самых благоприятных условий развития продуцента антибиотика на относительно дешевых средах; широкое использование математических методов планирования процесса развития организма и электронно-вычислительной техники с целью оптимизации и моделирования условий его культивирования, обеспечивающих максимальный выход антибиотика; применение современного оборудования на всех стадиях технологического процесса с контролем основных параметров развития организма и стадий биосинтеза антибиотика. 
     Для продуцентов аминогликозидных  антибиотиков также имеются убедительные примеры получения мутасинтетических  антибиотиков. Для представителей родов Streptomyces, Micromonospora, Bacillus получены мутанты, не образующие дезоксистрептамина, но способные включать его или его аналоги в молекулу антибиотиков. С использованием серии полученных аналогов выделено более 10 производных неомицина, гентамицина, бутирозина, а также 5-эписизомицин,  который является наиболее защищенным от действия инактивирующих ферментов. Способы получения антибиотиков путем химического синтеза чрезвычайно сложны, впрочем в некоторых cлучаях пользуютcя и таким cпособом. К примеру, после установления структуры молекулы хлорамфеникола и выяснения, что она не считается сложной, был совершен химический синтез, и сейчас антибиотик получают только таким путем. В настоящее время используется один из изомеров хлорамфеникола, который получил название левомицетин [6]. 
            Образование антибиотиков - только одна из форм антагонистических взаимоотношений, имеющих место быть в мире микроорганизмов. На проявление способности продуцировать антибиотики оказывает воздействие весь сложный комплекс условий культивирования или существования продуцента. В лабораторных условиях биосинтез множества лекартсвенных препаратов (как и других вторичных метаболитов) происходит во время определенной стадии роста культуры. С этой точки зрения, по предложению Б. Локка, рост популяции продуцентов можно поделить на две стадии: трофофазу (или фазу сбалансированного роста) и идиофазу (или фазу несбалансированного роста). В первой случается интенсивный синтез таких соединений, как белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, некоторые органические кислоты; во второй – относительно окисленные продукты синтеза первой фазы потребляются, и происходит образование большинства вторичных метаболитов (антибиотиков, пигментов и др.) т.е.относительно восстановленных соединений. В борьбе за  распространение в природе микроорганизмы "используют" не только фактор антибиотикообразования, но и почти все иные эволюционно закрепленные оcобенности, дающие им преимущество в оcтрой конкурентной борьбе с другими видами [5].
     Антибиотики могут образовываться и образуются при развитии микроорганизмов в естественных местах их обитания (почва) без внесения туда добавочных питательных веществ. Возникшие в почве антибиотики в зависимости от их химического строения способны сохраняться там определенное время и проявлять свое биологическое действие. Большинство антибиотиков получают путем биосинтеза с использованием микроорганизмов - актиномицетов, грибов и бактерий. Наибольшая численность ценных антибиотиков получено из культур актиномицетов, значительно меньше их найдено в культурах грибов и бактерий [6].
     
       1.3 Классификация антибиотиков
     
       Антибиотики классифицируются: 
     - по характеру воздействия на бактериальную  клетку:  
              а) бактериостатические препараты (останавливают рост и размножение бактерий);
              б) бактерицидные вещества (уничтожают бактерии);
         - по методу получения:
             а) природные;
             б) синтетические;
             в) полусинтетические;
         - по химической структуре:
             а) бета-лактамные препараты
     Пенициллин – вещество, вырабатываемое колониями плесневых грибов вида Penicillinum. Природные и искусственные производные пенициллина владеют антибактериальным эффектом. Вещество разрушает стенки клеток бактерий, собственно что приводит к их гибели;
            б) мaкролиды
     Обладают бактериостатическим эффектом – предотвращают рост и деление бактерий. Мaкролиды влияют именно на очаг воспаления. Среди современных антибиотиков макролиды считаются наименее токсичными и дают минимум аллергических реакций. Мaкролиды cкапливаются в организме и используются короткими курсами 1-3 дня. Применяются при лечении воспалений внутренних ЛОР-органов, легких и бронхов, инфекций органов малого таза. Эритрoмицин,  рокcитромицин, клaритрoмицин, aзитромицин, азaлиды и кетолиды;
          в) тетрациклин	
     Группа препаратов натурального и искусственного происхождения. Обладают бактериостатическим действием. Используют тетрациклины в лечении тяжелых инфекций: бруцеллеза, сибирской язвы, туляремии, органов дыхания и мочевыводящих путей. Основной дефект препарата — бактерии довольно быстро приспосабливаются к нему. Наиболее эффективен тетрациклин при местном применении в виде мазей. Природные тетрациклины: тетрaциклин, окситетрациклин. Полусентитеческие тетрациклины: хлортетрин, доксициклин, метациклин;
          г) аминогликозиды
     Аминогликозиды относятся к бактерицидным высокотоксичным препаратам, активным в отношении грамотрицательных аэробных бактерий. Аминогликозиды быстро и действенно уничтожают болезнетворные бактерии даже при ослабленном иммунитете. Для запуска механизма ликвидировaния бактерий требуются аэробные условия, то есть антибиотики предоставленной группы не «работают» в мертвых тканях и органах со слабым кровообращением (каверны, абсцессы).Применяют aминогликозиды в лечении следующих состояний: сепсис, перитонит, фурункулез, эндокардит, воспаление легких, бактериальное поражение почек, инфекции мочевыводящих путей, воспаление внутреннего уха. Препараты-aминогликозиды: стрептомицин, кaнaмицин, aмикaцин, гентамицин, неoмицин;
           д) левомицетин
     Препарат с бактериостатическим механизмом влияния на бактериальных возбудителей заболевания. Используется для лечения серьезных кишечных инфекций. Неприятным побочным эффектом лечения левомицетином является поражение костного мозга, при котором случается нарушение процесса выработки кровяных клеток;
           е) фторхинолоны
     Препараты с широким диапазоном воздействия и мощным бактерицидным эффектом. Механизм воздействия на бактерии заключается в нарушении синтеза ДНК, собственно что приводит к их гибели. Фторхинолоны применяются для местного лечения глаз и ушей, вследствие сильного побочного эффекта. Препараты оказывают воздействие на суставы и кости, противопоказаны при лечении детей и беременных женщин. Используются фторхинолоны в отношении следующих возбудителей болезней: гонококк, шигелла, сальмонелла, холера, микоплазма, хламидия, синегнойная палочка, легионелла, менингококк, туберкулезная микобактерия. Препараты: левофлоксацин, гемифлоксацин, спарфлоксацин, моксифлоксацин;
          ж) гликопептиды 
     Антибиотик смешанного типа воздействия на бактерии. В отношении большинства видов оказывает бактерицидный эффект, а в отношении стрептококков, энтерококков и стафилококков – бактериостатическое воздействие.Препараты гликопептидов: тейкоплaнин (тaргоцид), дaптомицин, ванкомицин (вaнкацин, диaтрaцин);
           з) противотуберкулезные антибиотики;
               и) антибиотики с противогрибковым эффектом;
          к) противолепрозные препараты;
          л) противоопухолевые препараты – антрациклинновые;
              м) линкозамиды
     По своим лечебным свойствам очень близки к макролидам, хотя по химическому составу – это совершенно другая группа антибиотиков. Препарат: делацин С [7].

     1.4 Характеристика аминогликозидов 
     
     Аминогликозиды  (аминогликозидные аминоциклитолы) — группа природных и полусинтетических антибиотиков, сходных по химическому строению, спектру противомикробной активности, фармакокинетическим свойствам и спектру побочных эффектов. Аминогликозиды — одни из первых антибиотиков. Первый аминогликозид — стрептомицин — был выделен З.А. Ваксманом и его коллегами в 1943 г. из лучистого гриба Streptomyces griseus. 
     Аминогликозидные антибиотики, которых в настоящее время насчитывается около сотни, по своей значимости занимают второе после ?-лактамных место. Стрептомицин явился первым химиотерапевтическим средством, нашедшим широкое применение для лечения туберкулеза, включая и туберкулезный менингит.В 1949 г. из культуры Streptomyces fradiae Ваксман и Лешевалье выделили неомицин. Канамицин — антибиотик, который продуцируют Streptomyces kanamyceticus, был впервые получен Умэдзавой и его сотрудниками в Японии в 1957 г. Гентамицин — антибиотик, продуцируемый актиномицетами рода Micromonospora, — был впервые изучен и описан М. Вайнштейном и его сотрудниками в 1963 г. Тобрамицин и амикацин были внедрены в клиническую практику в 70-х гг.Нетилмицин по своим характеристикам напоминает гентамицин и тобрамицин. Однако присоединение этиловой группы к аминогруппе в первом положении 2-дезоксистрептаминового кольца защищает молекулу от ферментативного расщепления. В связи с этим нетилмицин не инактивируется многими гентамицино- и тобрамицино-устойчивыми бактериями. Нетилмицин оказывает менее выраженное ототоксическое действие по сравнению с другими аминогликозидами [7]. 
     Существуют различные классификации аминогликозидов, в т.ч. по последовательности введения препаратов в медицинскую практику, по спектру противомикробной активности, по особенностям развития вторичной резистентности к ним микроорганизмов. Так, по одной из классификаций, в первую группу объединяют первые природные аминогликозиды, нашедшие применение для лечения инфекционных заболеваний: стрептомицин, неомицин, мономицин (паромомицин), канамицин. Ко второй группе относят более современные природные аминогликозиды: гентамицин, сизомицин, тобрамицин. Третью группу составляют полусинтетические аминогликозиды: амикацин, нетилмицин, изепамицин (в России пока не зарегистрирован).Общее название «аминогликозиды» соединения этой группы получили в связи с наличием в молекуле аминосахаридов, соединенных гликозидной связью с агликоновым фрагментом — гексозой (аминоциклитолом). Гексоза представлена  стрептидином (стрептомицин), либо 2-дезокси-D-стрептамином (остальные аминогликозиды). Количество остатков аминосахаров у различных аминогликозидов разное. Например, у неомицина их 3, у канамицина и гентамицина — 2. В настоящее время группа аминогликозидов насчитывает более 10 природных антибиотиков, продуцируемых лучистыми грибами Actinomyces (неомицин, канамицин, тобрамицин и др.), Micromonospora (гентамицин и др.) и несколько полусинтетических, полученных на их основе (например амикацин — является производным канамицина  А и получается из него). К группе аминогликозидов относится также структурно похожий природный аминоциклитольный антибиотик спектиномицин, не содержащий аминосахаридов [7]. 
     Механизм действия антибиотиков-аминогликозидов связан с необратимым угнетением синтеза белка на уровне рибосом у чувствительных к ним микроорганизмов. В отличие от других ингибиторов синтеза белка аминогликозиды оказывают не бактериостатическое, а бактерицидное действие. Аминогликозиды проникают в клетки бактерий путем пассивной диффузии через поры наружной мембраны и путем активного транспорта. Транспорт аминогликозидов через цитоплазматическую мембрану зависит от переноса электронов в дыхательной цепи, этот этап поступления их в клетку, т.н. энергозависимый этап , является лимитирующим. Поступление аминогликозидов через цитоплазматическую мембрану является сложным, многоступенчатым процессом, идущим с затратами энергии [4]. 
     Его можно разделить на три фазы:
      – фаза связывания антибиотика с наружной поверхностью цитоплазматической мембраны (ионное связывание). Никакие механизмы резистентности клеток не влияют на ее осуществление;
     – фаза медленного поглощения, в результате которого через цитоплазматическую мембрану в клетку проникает незначительное количество антибиотика, не вызывающее летального исхода, но индуцирующее наступление  третьей фазы;
      – индукция массивного поглощения антибиотика. Именно на этой стадии наступает летальный эффект для чувствительных клеток
     Потребность в энергии на двух последних стадиях требует транспорта электронов по дыхательной цепи. После проникновения в клетку аминогликозиды связываются со специфическими белками-рецепторами на 30S субъединице рибосом бактерий. 30S субъединица состоит из 21 белка и одной молекулы 16S рРНК  (рибосомной РНК). Например, в связывании стрептомицина с рибосомами  участвуют  по крайней мере три белка и, возможно, 16S рРНК. Аминогликозиды нарушают рибосомальный белковый синтез несколькими путями:
     - антибиотики связываются с 30S субъединицей рибосомы и нарушают инициацию синтеза белка, фиксируя комплекс, состоящий из 30S- и 50S- субъединиц, на инициирующем кодоне иРНК; это приводит к накоплению аномальных инициирующих комплексов (т.н. моносомы) и прекращению дальнейшей трансляции;
     - связываясь с 30S субъединицей рибосомы, аминогликозиды нарушают считывание информации с РНК, что приводит к преждевременному окончанию трансляции и отсоединению рибосомного комплекса от белка, синтез которого не завершен; 
     -  кроме того, аминогликозиды вызывают одиночные аминокислотные замены в растущей полипептидной цепи, в результате чего образуются дефектные белки.  Синтезирующиеся аномальные белки, встраиваясь в цитоплазматическую мембрану, могут нарушать ее структуру, изменять проницаемость и ускорять проникновение аминогликозидов внутрь клетки. 
     Этот этап транспорта аминогликозидов — т.н. энергозависимый этап . В результате постепенного разрушения цитоплазматической мембраны происходит выход из бактериальной клетки ионов, крупных молекул, белков. Бактерицидный эффект аминогликозидов, возможно, объясняется тем, что образование неполноценных полипептидов и угнетение синтеза нормальных белков в микробной клетке приводит к нарушению важных функций клетки, поддерживающих ее жизнеспособность, в т.ч. к нарушению структуры и функции цитоплазматической мембраны бактерий и, в конечном счете, приводит к гибели клетки. Длительное и широкое использование аминогликозидов привело к развитию (примерно в середине 70-х гг.) приобретенной устойчивости многих штаммов микроорганизмов [8]. 
     Установлено три возможных механизма развития лекарственной устойчивости у бактерий:
     - ферментативная инактивация — выработка бактериями ферментов, модифицирующих антибиотики;
     - снижение проницаемости цитоплазматической мембраны (нарушение транспортных систем клетки);
     - модификация мишени действия — 30S субъединицы бактериальной хромосомы (рецепторный белок 30S субъединицы может отсутствовать или быть измененным в результате хромосомной мутации).Описан четвертый механизм устойчивости к аминогликозидам — т.н. природная устойчивость. Так, факультативные микроорганизмы, существующие в анаэробных условиях, обычно устойчивы к аминогликозидам, т.к. у них отсутствует кислородозависимый транспорт ЛС внутрь клетки.В основе приобретенной устойчивости чаще лежит инактивация аминогликозида бактериальными ферментами. Это основной тип устойчивости среди грамотрицательных бактерий кишечной группы, который контролируется плазмидами [8].
      Для биолога исследование аминогликозидов может быть интересно со следующих позиций: продукция данных антибиотиков наблюдается у представителей не менее шести различных родов бактерий, в частности у Pseudomonas,Bacillus, Streptomyces, Micromonospora или других редких родов актиномицетов, что позволяет рассмотреть вопрос о локализации генов биосинтеза и биогенезе молекулы антибиотика; структура молекулы предполагает широкие возможности для ее модификации, что используется в создании новых препаратов путем мутасинтеза; именно для продуцентов стрептомицина обнаружен фактор А и установлена его регулирующая роль в процессах биосинтеза; изучение функционирования рибосом и регуляция биосинтеза белка; изучение общих механизмов устойчивости, особенно за счет продукции инактивирующих ферментов, и создание антибиотиков, у которых экранированы подверженные их действию активные группы [8].
      Аминогликозиды относятся к препаратам с низким терапевтическим индексом, т. е. малым разрывом между терапевтической и токсическойдозой или концентрацией. Такой эффект наиболее часто объясняют тем,что антибиотики являются поликатионами, а большинство биополимеров клетки  полианионы. In vitro показано взаимодействие аминогликозидов с фосфолипидами, липопротеинами, нуклеиновыми кислотами. Несомненный практический интерес представляют вопросы изучения защитных механизмов продуцентов от образуемых антибиотиков. Во-первых, гены резистентности продуцентов могут передаваться другим природным бактериям и в последующем распространяться среди клинических изолятов. Во-вторых, наличие и изучение этого процесса у продуцентов имеет практическое значение при создании штаммов-суперпродуцентов. В-третьих, интересным является исследование вопросов о возможности использования полученных сведений при отборе продуцентов. Тем не менее следует отметить, что существуют различия в механизмах защиты у промышленных штаммов суперпродуцентов и их природных аналогов. Для продуцентов аминогликозидных антибиотиков характерно наличие механизма защиты на рибосомном  уровне. Кроме того, для них описаны системы защиты с участием  фосфо и ацетилирующих ферментов.
     
        1.5 Актиномиценты-продуценты антибиотиков 
     
        Лучистые грибки известны под общим названием Actinomyces — актиномицеты. Актиномицеты широко распространены в природе и легко культивируются в лабораторных условиях. Огромное значение имеют работы С. Ваксмана, который вместе с А. Шатцем в 1945 г. выделил из культуры актиномицета антибиотик стрептомицин, нашедший широкое применение в медицине. Это открытие послужило толчком к интенсивному исследованию этой группы микробов и поискам продуцируемых ими новых веществ. Все они не привередливы к количеству и качеству питательных веществ и поселяются даже на скалистых обрывах, на которых почти нет органических веществ [8]. 
     Для усвоения различных белковых веществ животного и растительного происхождения такие микроорганизмы используют целый комплекс ферментов, которые, совместно с азотом минеральных солей, и помогают всем подобным грибам питаться азотом органических соединений. А углерод актиномицеты получают из спиртов и полисахаридов, крахмала и сахарозы. Некоторые из них приспособились к "углеводородному" питанию, за счёт керосина и бензина, асфальта и битума, каучука и поливинила.
      Ещё для нормального роста и развития лучистых грибов также необходимы калий, магний, марганец, цинк, железо, кобальт. Однако их избыток может привести к гибели этих микроорганизмов. Актиномицеты являются микроорганизмами, которые способны производить органические вещества из неорганических, поэтому и являются активными продуцентами антибиотиков, синтезируя почти половину всех известных в науке, и широко применяются в производстве органических веществ, стероидов, аминокислот и ферментов.
     Некоторые  актиномицеты  (особенно из рода  Micromonospora обнаруживаются в водоёмах,  либо их донных отложениях, но до сих пор не понятно, являются ли они постоянными их обитателями или они занесены туда из почвы. А сама почва является тем природным субстратом, откуда и выделяется подавляющее большинство всех актиномицетов, наибольшая часть биомассы которых - это споры, создающие их колонии. Заметная активация актиномицетной микрофлоры происходит при внесении в почву крахмала, хитина и нефтепродуктов.Актиномицеты из родов: стрептомицет (лат. Streptomyces), стрептоспорангиум (лат. Streptosporangium), микромоноспора (лат. Micromonospora), а также ещё и актиномадура (лат. Actinomadura)  - это постоянные обитатели в кишечнике дождевых червей, термитов и других беспозвоночных. Разрушая целлюлозу и другие биополимеры, они являются их симбионтами. А представители рода  франкия (лат. Frankia) даже способны на внутриклеточные азотфиксирующие симбиозы с покрытосеменными растениями. Лучистые грибки различаются между собой по своему строению и развитию клеток, морфологически, физиологически, культурально, биохимически. Среди них есть организмы со сложным строением плодоносных органов и организмы весьма упрощенного строения. По этому признаку актиномицеты разделяются на две группы — высшие и низшие формы. К высшим относятся организмы с хорошо развитым мицелием и обладающие особыми органами плодоношения, при помощи которых актиномицеты размножаются. В эту группу входит большинство основных семейств и родов, составляющих класс Actinomycetes. К низшим формам относятся организмы, не образующие мицелия и имеющие палочковидные и кокковидные клетки [9].
     Все семейство микромоноспоровых (Micromonosporaceae) характеризуется общим признаком — способностью формировать споры на коротких спороносцах: по одной споре — род микромоноспора (Micromonospora); по две — род микробиспора (Microbispora); по нескольку спор — род микрополиспора . Род актинобифида (Actinobifida) характеризуется дихотомическим ветвлением спороносных веток. На конце спороносца формируется одна спора. Организмы рода промикромоноспора (Promicromonospora) характеризуются тем же строением и развитием, что и микроорганизмы рода Proactinomyces, входящего в семейство Actinomycetaceae, прежде всего распадающимся мицелием, но плодоношение у этих организмов другое, как у семейства микромоноспоровых на коротких ветках мицелия формируются одиночные споры — конидии [2].
     
     1.6  Гентамицины – свойства и преимущества
     
        Гентамицины - комплекс антибиотиков основного характера, содержащих 4 первичные аминогруппы и обладающих широким спектром биологического действия. Он подавляет развитие грамположительных и грамотрицательных бактерий (в том числе Proteus, Pseudomonas)[10]. 
     Препарат является одним из наиболее эффективных средств лечения тяжелых гнойно-септических процессов, особенно вызываемых грамотрицательными микроорганизмами. Его преимущества перед другими аминогликозидами (канамицин, мономицин) определяются активностью в отношении Pseudomonas aeruginosa, микробов группы Serratia-Klebsiella-Enterobacter, более быстрым проявлением бактерицидного эффекта, более редким выделением устойчивых к его действию штаммов [10]. 
     Контроль качества имеет первостепенное значение в производстве антибиотиков, необходимо предпринять шаги, чтобы гарантировать, что абсолютно никакого загрязнения вводится в любой момент в процессе производства. С этой целью, среда и все оборудование обработки тщательно стерилизовать паром. В процессе изготовления, качество всех соединений проверяется на регулярной основе. Особое значение имеют частые проверки состояния культуры микроорганизма в процессе ферментации. Они выполнены с использованием различных методов хроматографии. Кроме того, различные физические и химические свойства готового продукта проверяются такие как рН, температура, и содержание влаги. Производство антибиотиков строго регулируется управлением по контролю   за качеством пищевых продуктов и медикаментов (GMP). В зависимости от применения и типа антибиотика, более или менее испытания должны быть завершены. Например, каждая партия антибиотиков  должна быть проверена их на предмет эффективности и чистоты. Только после того, как они сертифицированы партия может оно продаваться для общего потребления [11].
     
     
     
     1 Выбор и обоснование технологической схемы 
          Технологическая схема получения гентамицина сульфата включает в себя 3 этапа: биосинтез гентамицина, выделение и химическую очистку антибиотика, получение готового продукта.
     Технологический процесс биосинтеза гентамицина включает следующие основные стадии:
     - приготовление питательных сред;
     - приготовление посевного материала;
     - биосинтез гентамицина;
     - предварительную обработку и фильтрацию культуральной жидкости гентамицина.
     
     1.1  Расчет годовой программы
     
     Годовая мощность производства задана в размере 270,00 кг порошка гентамицина сульфата. В составе этого готового продукта содержится следующее количество чистого антибиотика
     Mа = М2э ? ха/1000,                                                                                         (2.1)
         где Ма - количество произведенного чистого антибиотика за год, кг;
              М2э - количество произведенного гентамицина сульфата за год, кг;
             М2э = 270,00 кг согласно заданию;
              ха - содержание чистого гентамицина сульфата в продукте, г/кг АСВ;
     ха = 590 г/кг;
     Ма = 270,00 ? 590 / 1000 = 159,3 кг.
     Годовой выход на стадии ферментации по чистому антибиотику (основному веществу) можно рассчитать по формуле
     Маф = Ма ? 100 / Квых,                                                                             (2.2)
         где Маф - годовой выход на стадии ферментации по антибиотику, кг;
                   Квых - выход чистого антибиотика, %;
                  Квых = 44,7 % [13].
     Маф = 159,3 ? 100 / 44,7 = 356,37кг.
     Объем культуральной жидкости получаемый за год равен
     Vкж = Маф ? 1000 / сгс,                                                                                          (2.3)
         где Vкж - годовой объем культуральной жидкости, м3;
                сгс - содержание чистого антибиотика в культ. жидкости, г/м3;
     сгс = 800 г/м3 [13].
     Vкж = 356,37? 1000 / 800 = 445,5м3.
     Итак, как показал расчет, производство можно охарактеризовать как малотоннажное, следовательно, к установке принимаем ферментаторы вместимостью 6,3 м3.
     Количество циклов ферментации в год определяем по уравнению:
     Nц = Маф / mа,                                                                                                           (2.4)
         где Nц - количество ферментаций в год;
              mа - съем гентамицина с одного ферментатора за один цикл, кг;
              mа = 3,48 кг для ферментатора вместимостью 6,3 м3 и данного.......................