ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

22. МІКРООРГАНІЗМИ ЯК ОБ’ЄКТИ БІОТЕХНОЛОГІЇ

22.5. ТРАНСФОРМАЦІЯ РЕЧОВИН МІКРООРГАНІЗМАМИ

22.5.1. Мікробіологічні трансформації стероїдів

У 1948 р. вперше введено гідроксильну групу в молекулу стероїде мікробіологічним шляхом. Але тільки після одержання гідрокснпрогестерону з прогестерону у процесі ферментації останнього з культурою Rhizopus nigricans мікробіологічні трансформації стероїдів привернули до себе велику увагу. Така трансформація продемонструвала переваги мікробіологічних методів над хімічними: введення кисневої функції в певне положення молекули стероїде (С-11) хімічним синтезом потребувало численних хімічних операцій, що досить ускладнювало завдання, у разі ж використання мікроорганізмів воно було замінено однією-єдиною стадією. Відкриття у ці ж роки терапевтичної' цінності кортизону разом а успіхами мікробіологічного процесу гідроксилювання зацікавило мікробіологів, хіміків і лікарів. Впровадження мікробіологічного синтезу в процеси одержання стероїдних гормональних препаратів у фармацевтичній промисловості дало можливість відразу значно здешевити виробництво цінних препаратів.

Деякі мікробіологічні трансформації стероїдів, які мають промислове значення, наведені у табл. 22.10.

Мето чи проведення процесів мікробіологічних трансформацій стеринів. Незважаючи на різноманітність біотрансформацій стероїдів, методи проведення мікробіологічних реакцій досить прості. У пошукових роботах (у лабораторіях) обмежуються проведенням реакції в колбах на качалках, при цьому у колбу вноситься 100 200 мг стероїде. Для трансформації 1 -2 г стероїдів використовуються ферментатори.

Таблиця 22.10

Мікробіологічні трансформації стероїдів, які мають промислове значення

Розчинність стеринів у воді дуже низька. Тому стерини в концентрації приблизно 1 г/л вносять у ферментатор розчиненими у малотоксичних розчинниках (ацетон, спирт, диметилформамід), які змішуються з водою. У більш високих концентраціях (вище 1 г/л) стерини вносять у середовище у вигляді пудри. Другий спосіб введення стеринів у середовище полягає в тому, що стерин, наприклад, β-ситостерин. розчиняють у суміші гептанетиленхлорид, добавляють під час перемішування воду і відганяють розчинник нагріванням суміші до 95 ºС. За такого методу концентрація ситостерину у водній суспензії може досягати 140 г/л.

Після завершення трансформації культуральна рідина, звільнена від біомаси, екстрагується органічними розчинниками, які не змішуються з водою, але в яких розчиняються відповідні стероїди (етилацетат, метиленхлорид, хлороформ). Екстракт відділяють від водної фази, очищують (забарвлені домішки відділяють обробкою активним вугіллям, після чого вугілля відфільтровують); далі його концентрують у вакуумі, осад стероїду перекристалізовують з відповідного розчинника.

Шляхи інтенсифікації мікробіологічних трансформацій. Одним із шляхів інтенсифікації процесів трансформації є попередня індукція культури трансформатора відповідним субстратом чи його аналогом. Найнерспективнішим є використання іммобілізованих живих клітин мікроорганізмів. Переваги використання іммобілізованих клітин очевидні: відсутність витрат на виділення та очищення ферментів, більш висока активність і стабільність

у порівнянні з іммобілізованими ферментами і вільними клітинами, зниження витрат на виділення та очищення продуктів реакції, можливість автоматизації. Методи іммобілізації клітин-трансформаторів такі: адсорбція, ковалентне та поперечне зв'язування, включення в різні полімери, мікрокапсулювання. Стероїди були першими субстратами, які вдалося трансформувати за допомогою іммобілізованих клітин. Такими процесами були: 1,2-дегідрування, 1,2-відновлення, 20-відновлення (Arthrobactcr globiforme), стереоспецифічне 17β-відновлення (Saccharomycei cerevlsiae), 20α- і 20β- відновлення (Bacillus megaterium).