Microbiologie industrială - microorganisme în industria farmaceutică

Capitolul I

INTRODUCERE

Una din cele mai importante ramuri ale biotehnologiei o constituie biotehnologia farmaceutică. Principalii produşi ai biotehnologiei farmaceutice sunt: antibiotice, vitamine, hormoni, proteine, bacteriocine, enzime, vaccinuri, anticorpi monoclonali, etc.

Majoritatea produselor farmaceutice au componente de sinteza, cele biofarmaceutice au componente naturale obţinute din plante sau microorganisme sau combinaţii ale acestora.

Intre cele mai importante grupe de agenţi biologici, utilizaţi în industria farmaceutică, pe primul loc se situeaza cel mai tradiţional dintre ei,celula microbiană. Numai în secolul al XX-lea s-au realizat procese majore în cunoaşterea structurii şi funcţiilor acestor microorganisme utile, precum şi a geneticii lor.

S-a început, de pildă, inducerea artificială de mutaţii cu ajutorul radiaţiilor X,al radiaţiilor UV sau cu cel al unor substanţe chimice,fapt care a permis intensificarea procesului de selecţie a unor microorganisme utile. De exemplu, suşele sălbatice de Penicillium erau capabile să producă numai circa 60mg de penicilină per litru de mediu de cultură în perioada cand s-a descoperit că acest antibiotic este capabil să vindece unele infecţii bacteriene.

După un proces intens de selecţie,realizat prin folosirea atât a unor mutaţii naturale,cat şi a celor induse artificial, s-au obţinut suşe capabile să producă circa 20g de penicilina la litru de mediu de cultură, adică de peste 10 000 ori mai mult decât cele sălbatice neameliorate

Mai recent,dupa 1970, odată cu apariţia ingineriei genetice, s-au creat condiţii favorabile pentru manipularea informaţiei genetice a microorganismelor industriale, pentru transferul de gene de la o specie la alta, pentru crearea de programe genetice artificiale.

S-au putut astfel obţine suşe noi de microorganisme capabile să marească considerabil eficienţa proceselor microbiologice în producerea de substanţe utile cu rol terapeutic. Cerinţa care trebuie întotdeauna respectată se referă la concordanta dintre alegerea agentului biologic şi principiul tehnologic.

In 1979, o echipă de cercetatori americani de la Universitatea din California a sintetizat cele 2 gene implicate în sinteza insulinei, care a fost apoi incluse intr-o plasmidă şi transferată la bacteria E.coli. Fiecare celula bacteriană a devenit capabilă să producă circa 100 000 molecule de insulina aceasta ocupând circa 20% din volumul celulei.

Tot prin tehnici de recombinare genetică s-au pus la punct, procese biotehnologice de obţinere a hormonului de creştere uman sau somatotropina. Cercetatorii societaţii de Inginerie Genetică ‘’Genentech’’ au reuşit, transferal, gene ce determină sinteza acestui hormon format dintr-o secvenţă de 191 aminoacizi, la bacteria E.coli.

Interferonul, o clasă de proteine cu proprietaţi antivirale şi antitumorale , a fost sintetizat mai întâi cu ajutorul culturilor de celule umane, apoi reuşindu-se transferarea genelor interferonului la bacteria E.coli.

Ulterior genele interferonului au fost transferate şi la celulele drojdiei Saccharomyces cerevisiae, fiecare celulă fiind capabilă să sintetizeze o cantitate mult mai mare de interferon, care este de circa 200 ori mai ieftin ca cel produs prin culturi de celule animale sau umane

I.1. Agenţii biologici utilizaţi în biotehnologia farmaceutică

Cele mai importante grupe de microorganisme utilizate in biotehnologia farmaceutică sunt : drojdiile,mucegaiurile si bacteriile.

DROJDIILE- sunt un grup de peste 500 de specii care aparţin în comformitate cu modul lor de reproducere (sexuat sau asexuat) la 3 clase de fungi : ascomycetes, vasidiomycetes şi deuteromycetes. Drojdiile sunt microorganisme eucariote având nucleu prevazut cu membrană nucleară, diviziune celulară (mitotic sau meiotic) precum şi un anumit număr de cromozomi ce constituie o caracteristică de specii.

Cele mai utilizate tulpini de drojdii , în procese tehnologice farmaceutice sunt: Saccharomyces cerevisae, Saccharomyces boulardii, Hansenula polymorpha, Candida utilis, Candida lipolytica, Kluyveromycetes fragilis Etc

Un numar limitat de drojdii elaborează capsule extracelulare : Cryptococcus neuformas este un patogen uman şi produce o formă gravă de memingită la bolnavii de SIDA, în acest caz capsula mucopolizaharitică crează drojdii rezistente la mecanismele de aparare ale organismului uman şi la tratamentele cu antibiotice. Drojdiile se reproduc într-un proces asexuat prin înmugurire, celula parentală dezvoltă o protuberantă care se separă ce celula initială.