Biotehnologia de Obținere a Tetraciclinelor

Tetraciclinele constituie una din grupele de antibiotice deosebit de apre¬ciate din punct de vedere terapeutic. Primul antibiotic din această grupă, clortetraciclina, a fost izolat din culturi de Streptomyces aureofaciens de Duggar în 1945 şi introdus în terapeutică în anul 1948. Oxitetraciclina a fost izolată ceva mai târziu (Kane, Finlay, Sobin, 1949), din lichidele de fermen¬taţie a unei tulpini de Streptomyces rimosus. Tetracilina descoperită în 1952 a fost obţinută iniţial prin hidrogenerarea selectivă a clortetraciclinei, iar mai târziu prin fermentaţia în profunzime a microorganismului Streptomy¬ces aureofaciens.

În ultimul timp se studiază intens tetraciclinele de semisinteză carac¬terizate printr-o acţiune terapeutică superioară tetraciclinelor naturale. Dintre compuşii introduşi în terapeutică se menţionează minocilina, solvocilina şi 6-metilenoxitetraciclina.

Datorită spectrului larg de acţiune, toxicităţii scăzute, lipsei generale a fenomenelor secundare, tetraciclinele constituie antibioticele cu cea mai largă "utilizare" terapeutică, consumul lor reprezentând 55 % din consumul total de antibiotice.

Tetraciclinele acţionează asupra germenilor gram-pozitivi (streptococi, pneumococi, stafilococi), gram-negativi (brucele, shigele), asupra virusurilor şi asupra unor protozoare. Ele se prezintă sub formă de pulberi cristaline, galbene, indore, amorfe, insolubile în apă sub formă de baze, solubile sub formă de clorhidraţi. În soluţii apoase se inactivează la pH sub 2 şi peste 8, stabilitatea maximă fiind în intervalul de pH cuprins între 4 şi 5.

5.1. Structura şi activitatea tetraciclinelor

Structura chimică a tetraciclinelor s-a stabilit prin reacţii de degradare în mediu bazic, acid sau reducător. Ele conţin un sistem ciclic de patru inele condensate liniar, corespunzător scheletului hidronaftacenului (s-a obţinut naftacen, II, prin distilare cu pulbere de zinc).

După stabilirea naturii şi locului diferiţilor substituienţi în moleculă, s-a atribuit tetraciclinelor de biosinteză (I) următoarele structuri:

Clortetraciclina R1 R2 R3

Oxitetraciclina Cl CH3 H

Tetraciclina H CH3 OH

6 - Demetiltetraciclina H H H

6 – Demetil – 7 – clortetraciclina Cl H H

După cum se vede, clortetraciclina conţine un atom de clor în inelul D poziţia 7, oxitetraciclina conţine un hidroxil în nucleul B poziţia 5, iar tetraciclina are o structură mai simplă, fără halogen în poziţia 7 şi fără hidroxil în 5.

Tetraciclinele pot suferi unele modificări structurale fără pierderea acti¬vităţii. Astfel, eliminarea grupelor funcţionale din poziţiile 5, 6, 7 nu afectează activitatea fiziologică, iar înlocuirea grupei -OH de la C6 din tetraciclină şi oxitetraciclină cu un atom de hidrogen, are repercusiuni neînsemnate asupra activităţii.

Compusul cel mai simplu din seria tetraciclinelor, care mai păstrează încă activitatea antibacteriană, este 6-desoxi-demetiltetraciclină, care nu mai conţine nici o grupă funcţională la atomii de carbon din poziţiile 5, 6, 7. Activitatea antibacteriană este influenţată de modificările sterice şi de pozi¬ţia anumitor substituienţi. Prin eliminarea oxidrilului din poziţia „12 a" se obţine „12 a"-desoxitetraciclina inactivă, iar deshidratarea grupei 2-carboxiamidică duce la tetraciclino-nitrili cu slabă acţiune fiziologică. Nitrilii reacţionează cu morfolină, piperidină, pirolidină, aminoacizi (lizină) dând produşi solubili, cu activitate antibacteriană şi proprietăţi terapeutice apre¬ciabile.

5.2. Biosinteza tetraciclinelor

Cunoaşterea mecanismului de biosinteză a antibioticelor din această grupă este una din problemele cele mai interesante sub raport teoretic şi practic deoarece permite găsirea posibilităţilor de dirijare a procesului spre formarea în exclusivitate a antibioticului urmărit. Cu toate eforturile depuse, problema nu este complet elucidată. Pentru elucidarea mecanismului de biosinteză a antibioticelor ciclice, mulţi cercetători se sprijină pe teoria acetică a lui Collie şi Birch, conform căreia moleculele acidului acetic se unesc între ele după modelul „cap-coadă" şi apoi se ciclizează prin condensare aldolică (Kleisen). Birch a descris schema ipotetică de formare a sistemelor ciclice simple prin următorul mecanism:

Dacă condensează un număr mai mare de unităţi acetice se obţin com¬binaţii mai complexe. Pentru confirmarea ipotezei de mai sus, s-a introdus în mediul de cultură a microorganismelor producătoare de tetracicline acid acetic cu carbon marcat şi apoi s-au studiat produsele de descompunere a oxitetraciclinei formate. Studiile efectuate cu acid acetic marcat au dus la concluzia că acidul acetic este precursor în biosinteza tetraciclinelor.