2. Антибиотик (пенициллин, цефалоспорин) можно получать как химическим синтезом, так и биосинтезом:

• Что отличает химическую и биокаталитическую трансформацию при получении b-лактамных антибиотиков?

Биотехнологические процессы по сравнению с химическими более экологичны, имеют меньше вредных отходов. Как правило, технология и аппаратура в биотехнологическом производстве более просты и дешевы. При биосинтезе выше скорость накопления необходимого вещества.

В отличие от последовательных химических реакций, при синтезе антибиотиков биокаталитическая трансформация антибиотиков происходит при участии ряда ферментов. Причем, координация действия ферментов обеспечивается различными путями. Один путь связан с тем, что сборка молекулы происходит в мультиферментных комплексах с упорядоченно расположенными ферментами, при этом из комплекса выходит или завершенная молекула или ее крупный фрагмент. Второй путь – последовательные воздействия ферментов, катализирующих реакции метилирования, деметилирования, карбоксилирования, аминирования и др.

3. В настоящее время к тетрациклину имеется очень высокий уровень резистентности (mDr).

• В части скрининга, как Вы можете объяснить данную ситуацию и можно ли предложить способы преодоления этого негативного явления?

Новые белки, появляющиеся в цитоплазматической мембране при тетрациклинорезистентности, являются белками, составляющими систему активного «выброса» тетрациклинов, проникающих в клетку. Иными словами, тетрациклины проходят через оболочку бактериальной клетки, в том числе и через цитоплазматическую мембрану, однако они не успевают прореагировать с рибосомами, так как быстро удаляются или «выбрасываются» в среду.

Борьба с антибиотикорезистентностью может заключаться в изъятии антибиотика из клинической практики и приведет к уменьшению распространения генов резистентности, и через некоторое время антибиотик и близкие к нему препараты восстановят свою эффективность. Такая «цикличность» быстрее приведет к желаемым результатам, если она будет соблюдаться в крупных географических регионах.

4. При культивировании растительных клеток Datura tatula была составлена и предложена питательная среда, содержащая микроэлементы, витамины, фитогормоны, источники углерода и углеводов.

• Достаточно ли указанных компонентов в среде, если целью

био­технолога является усиление индукции деления клетки для увели­чения целевого продукта?

Компонентный состав сред определяется питательными потребностями продуцента. Во многих процессах используют в качестве объектов организмы, ранее называвшиеся гетеротрофами, которые в настоящее время подразделяются на: органо автотрофы (употребляющие органические вещества как источники энергии), литогетеротрофы (использующие органические вещества как источники углерода) и органогетеротрофы ( для которых органические вещества служат и источниками энергии, и источниками углерода). Питательные среды призваны обеспечивать жизнеспособность, рост и развитие соответствующих продуцентов, а также синтез целевого продукта с максимальной эффективностью. Требования к питательным средам, используемым в биотехнологии, ничем не отличаются от требований, предъявляемым к питательным средам, применяемым в микробиологии для культивирования тех или иных микроорганизмов. Для приготовления питательных сред в биотехнологии используются разнообразные субстраты, которые должны удовлетворять определенным критериям. Субстрат представляет собой сырье для получения целевого продукта и должен быть недефицитным, дешевым, по возможности легко доступным. Основными компонентами питательных сред для культуры тканей и клеток растений являются минеральные соли (макро- и микроэлементы), источник углерода (обычно сахароза или глюкоза), витамины и регуляторы роста. Иногда возникает необходимость добавления в среду различных комплексных соединений (таких, как гидролизат казеина, смесь аминокислот, дрожжевой экстракт, различного рода растительные экстракты и т. п.). Как правило, при работе с новым объектом приходится эмпирическим путем подбирать оптимальные составы используемых питательных сред. Для координации роста клеток необходимы нитраты (калия или аммония), в некоторых случаях дополнительно используются аминокислоты. Кроме азотистых соединение необходимы фосфор, сера, кальций, сульфаты.

Так как целью био­технолога является усиление индукции деления клетки для увели­чения целевого продукта, источники азота являются необходимыми компонентами питательной среды, усиливающими рост продуцентов.

5. Ферменты, участвующие в процессах биотрансформации различных антибиотиков для получения новых антибиотических веществ имеют определенные свойства, в зависимости от которых процесс биоконверсии (может быть эффективным или нет).

• Подберите и расшифруйте, какие свойства ферментов-гидролаз позволяют их широко и эффективно использовать в биотрансфор­мациях (на примере получения 6-АПК)?

Основную часть ферментов, получаемых промышленным способом, составляют гидролазы. Основные свойства гидролаз, используемые в биотехнологии и, в частности, при биотрансформации различных веществ - их способность разрезать биополимеры, благодаря присущей им широкой субстратной специфичности и свойству осуществлять специфичное гидролитическое расщепление связей (с участием воды). Гидролазы легко иммобилизуются, что делает их перспективными для промышленного использования. Кроме того, они способны осуществлять строго специфичный гидролиз пенициллина по связи СО - NH (между радикалом и ядром) с получением 6АПК.

6-Аминопенициллановая кислота (6-АПК) является полупродуктом в химическом синтезе ряда полусинтетических антибиотиков.

Получить полусинтетические пенициллины удалось после выделения 6-АПК, названной ядром молекулы пенициллина. В промышленности 6-АПК производят ферментативным гидролизом либо пенициллина, либо феноксиметилпенициллина с помощью фермента пинициллиназы, который осуществляет гидролиз пенициллина по связи СО-NH (между радикалом и ядром) с получением 6АПК.