Producción microbiana de antibióticos

...

2.1.1. Naturales

Los antibióticos naturales son un producto del metabolismo secundario de ciertos microorganismos los que pueden provenir del suelo, como las bacterias del género Streptomyces o los hongos del género Penicillium. (Anónimo, 2016)

Los metabolitos secundarios son aquellos compuestos orgánicos sintetizados por el organismo, los que no cumplen una tarea directa en la reproducción o crecimiento del mismo. A diferencia de lo que sucede con los metabolitos primarios, la ausencia de algún metabolito secundario no le impide la supervivencia. (Universidad)

En un principio los antibióticos involucraban productos de la metabolización de bacterias y hongos, los que tenían la capacidad de inhibir en pequeñas cantidades los procesos vitales de algunos microorganismos, impidiendo o destruyendo su reproducción y desarrollo.

El proceso comienza cuando el microorganismo detiene su crecimiento ya sea por agotamiento de nutriente, y los productos finales o intermediarios comienzan a acumularse dentro de la célula. Los productos pueden llegar a ser tóxicos, y es por ello que la célula decide convertirlo en otro producto menos tóxico, como por ejemplo los antibióticos. Dentro de la ventaja que se puede saber es que la producción y secreción de las sustancias antibióticas no afecta al microorganismo productor por lo que le ofrece una supervivencia, ya que puede colonizar ambientes con más eficacia que sus competidores.

Para la obtención de antibióticos por métodos naturales tienen similitudes entre todos los que existen, consiste en cultivar a gran escala el hongo o bacteria productora del antibiótico en un medio de cultivo que tenga una temperatura idónea, luego se extrae la sustancia activa desarrollada en el medio por solventes especiales, evaporar el solvente y someterlo a sucesivas purificaciones. En el caso de la penicilina se utilizan dos métodos, el de superficie y el de sumersión o de profundidad.

Para saber si un antibiótico cumple las funciones que necesitamos, en este caso inhibir el crecimiento de un determinado organismo se realizan una serie de ensayos, como lo son los antibiogramas, que es una prueba microbiológica que se realiza para determinar la sensibilidad de una colonia bacteriana ante un antibiótico.

Se hace reproducir una bacteria dentro de una placa Petri, de tal forma que crezca homogéneamente, posterior a ello se colocan una pequeñas capsulas que contienen el antibiótico en cuestión para liberarlo al medio. Luego de un tiempo las bacterias habrán crecido dentro de la plaza, excepto en las zonas que rodean al antibiótico al cual presentan sensibilidad. Luego de probar varios se determina cual es más eficiente. (Lucas, 2016)

2.1.2. Semisintéticos

Estos antibióticos se obtienen a partir de cultivos microbianos, y luego se mejoran químicamente en el laboratorio, ejemplos de este tipo de antibiótico son la ampicilina, la carbenicilina y meticilina.

Existen dos espectro de eficacia de los fármacos, el primero de espectro reducido, es decir, sólo son eficaces para una gamma limitada de patógenos, el segundo son los fármacos de amplio espectro atacan muchos tipos distintos de patógenos. Los antibióticos semisintéticos tienen gran importancia ya que poseen un espectro más amplio de actividad antibiótica que las moléculas de las que provienen por ende atacan a varios tipos de patógenos. Esto es especialmente cierto para las amplicilina y amoxicilina. Además es probable que la síntesis de nuevos antimicrobianos semisintéticos sea aún mayor en los años venideros a causa del progresivo aumento de microorganismos resistentes a los antibióticos actuales y a la necesidad de introducir nuevos fármacos. (Prescott, Harley, & Klein, 2009)

-

Biorreactores de antibióticos

-

Biorreactor de amoxicilina

La amoxicilina es un antibiótico semisintético que pertenece a la familia de las penicilinas. Su producción se debe a lo inestable de la penicilina ante variados escenarios como por ejemplo actuar en un medio ácido o la susceptibilidad ante enzimas que destruyen su forma estructural y por ende su función. Para su producción es necesaria la síntesis química a partir de ácido-6-aminopenicilanico, o también llamado 6-APA. A esta se une una cadena lateral, la cual determinará la función de la penicilina. Entonces para producir este tipo de penicilina semisintetica o cualquier otra la mayor complicación es la obtención del 6-APA.

[pic 7][pic 8]

Primero es necesario tener penicilina G o penicilina V natural como precursor, para luego fermentar el microorganismo, recuperar la penicilina y luego obtener el 6-APA.

Para la obtención del 6-APA en la etapa de fermentación del microorganismo se utiliza un mecanismo llamado Fed-Batch, el cual consiste en realizar un cultivo del microorganismo en forma escalonada pasando de menor a mayor escala, hasta llegar a un tamaño adecuado de reactor. Cabe destacar que se realiza de esta manera para evitar el alto tiempo de fermentación, lo que haría el proceso poco viable.

Una vez finalizada esta etapa se procede a la etapa de crecimiento en el reactor, donde se agregan nutrientes al medio de cultivo. Aquí es necesaria su dosificación ya que los hongos crecen mejor en situaciones de estrés, entonces al entregarle menos alimento se pondrá en estado de alerta y se producirá mejor. En la industria a este proceso se le agrega el ácido fenil-acético, que es el precursor de la penicilina G.

Luego se procede al proceso de recuperación. Aquí se separa mediante filtros la parte líquida de la sólida, luego se utilizan compuestos orgánicos para extraer la penicilina del agua del filtrado y después purificarla en un proceso de cristalización.

A continuación es necesaria la rotura de la molécula de penicilina G, para obtener el 6-APA y la cadena lateral. Esta rotura se realiza mediante una serie de enzimas llamada “penicilina acilasas”. Y finalmente se puede fabricar cualquier penicilina semi-sintética agregando al 6-APA la cadena lateral que deseemos en forma de cloruro de ácido.

Así para la Amoxicilina:

[pic 9]

[pic 10]

Descripción paso a paso:

1) El reactivo principal es el 6-APA (ácido 6-aminopenicilánico) que se introduce