Курс лекций по биотехнологии - часть 15

 

  Главная      Учебники - Разные     

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 



 

 

содержание   ..  13  14  15  16   ..

 

 

Курс лекций по биотехнологии - часть 15

 

 

 

113

жидкости  (среды)  до  температуры  стерилизации,  которая  выдерживается 

определенное время, после чего понижается  до заданной. Этот способ прост 

и  применяется  в  случае  небольших  аппаратов.  Его  недостатками  является 

значительный  градиент  температуры  по  объему  и  «недостерилизация»  в 

тупиках. 

При 

непрерывном 

способе 

(более 

прогрессивном 

и 

производительном) стерилизация осуществляется в специальных установках. 

В  результате,  температуру  можно  увеличить  до  130-150

о

С;  при  этом  время 

стерилизации уменьшается до 3-10 минут, что положительно сказывается на 

качестве  среды.  Недостатком  в  данном  случае  является  увеличение  

протяженности  трубопроводов,  что  повышает  вероятность  вторичной 

контаминации. 

4.5.  Подготовка посевного материала  

Необходимо  подчеркнуть,  что  каждая  производственная  культура,  которая 

используется  в  качестве  продуцента  целевого  продукта,  должна  иметь  свой 

паспорт, в котором указаны:  

-  её название,  

-  род (вид),  

-  коллекционный номер,  

-  средний уровень активности,  

-  серия,  

-  дата выпуска,  

-  срок годности,  

     -   характеристика среды для выращивания и хранения культуры. 

Процесс  подготовки  посевного  материала  является  многоступенчатым  и 

состоит  из  нескольких  последовательных  этапов.  Итак,  сначала  исходная 

культура выращивается на агаризированной среде в пробирке. На этом этапе 

при  высеивании  исходной  культуры  на  агаризированной  среде  можно 

посмотреть ее морфологию с целью изучения чистоты этой культуры. Далее, 

-   выращивание  в  колбах  в  жидкой  среде  на  качалке.  На  этой  стадии  уже 

 

114

включается  процесс  аэрации  и  происходит  перемешивание  исходной 

культуры  с  жидкой  питательной  средой  при  определенной  температуре. 

Далее,  исходную  культуру,  перемешанную  с  жидкой  питательной  средой, 

переливают в посевной аппарат (инокулятор) в количестве 10-25% от объема 

инокулятора. Здесь также осуществляется процесс перемешивания и аэрации. 

Иногда  посевной  аппарат  называют  «маленький»  ферментер,  а 

производственный  аппарат – «большой»  ферментер  (функциональных 

различий  между  ними  нет).  Необходимо  подчеркнуть,  что  при  подготовке 

посевного  материала  происходит  ступенчатое  увеличение  биомассы. 

Поэтому  могут  использоваться  один  или  несколько  посевных  аппаратов, 

возрастающие по объему (выращивание посевного материала осуществляется 

примерно до уровня 5-10% от объема основного ферментера).У инокулятора 

есть устройство подачи и фильтрации воздуха. Этот ферментер, также как и 

основной, снабжен технологическими окнами, датчиками, отбойниками и т.д.  

В посевном аппарате питательная среда стабильна. В ферментере же по мере 

накопления  целевого  продукта,  концентрация  углерода  и  азота  падает,  то 

есть  с  течением  времени  состав  питательной  среды  изменяется.  Поэтому 

микроорганизмы  начинают  испытывать  дефицит  питания  и  их  ответом  на 

такое воздействие является выработка (выброс), например, антибиотика. 

4.6.  Процесс  биосинтеза.  Классификация  по  технологическим 

параметрам 

        Центральный  процесс  биотехнологического  производства - процесс 

биосинтеза,  протекающий  в  ферментере,  принято  характеризовать  с 

использованием  различных  критериев  (табл.1).  Наиболее  часто  он 

дифференцируется  по  принципу  организации    материальных  потоков: 

процесс 

периодический, 

полупериодический 

(или 

регулируемый), 

непрерывный,  отъемно-доливной, многоциклический.  

Таблица 1.   Классификация биосинтеза по технологическим параметрам. 

 

 

115

По 

принципу 

организации 

материальных потоков 

По 

характеру 

культивирования 

продуцента 

По 

типу 

целевого 

продукта 

1.Периодический 

 

2.Полупериодический 

  (регулируемый) 

 

 

3.Непрерывный 

 

4.Отъемно-доливной 

 

5.Многоциклический 

1.Поверхностная               

  ферментация 

2.Глубинная    

  ферментация 

1.Биомасса 

 

2.Высокомолекулярное 

индивидуальное 

вещество (фермент  

и т.д.) 

3.Низкомолекулярный 

первичный метаболит 

4.Низкомолекулярный 

вторичный метаболит 

 

 

Периодический  процесс  достаточно  прост  и  довольно  часто 

употребляем. Однако, его нельзя считать  оптимальным. При периодическом 

процессе  производится  единовременная  загрузка    в  ферментер  всех 

компонентов  питательной  среды  и  посевного  материала.  После  этого 

включаются все элементы обвязки ферментера  и совершается полный цикл 

ферментации.  По  его  завершении  культуральная  жидкость  (вместе  с 

мицелием)  сливается  и  направляется  в  цех  химической  очистки  для 

выделения  целевого  продукта.  Таким  образом,  какой-либо  коррекции 

условий биосинтеза во время ферментационного цикла не производится: нет  

ни  постоянного  поддержания  оптимального  соотношения  источников 

углерода,  азота,  фосфора;  ни  добавления  в  нужный  момент  

предшественников целевого продукта; ни сохранения оптимального значения 

рН  и  т.п.  Все  это  сказывается  на  продуктивности  ферментации.  Выход 

целевого продукта снижается.  

 

116

Полупериодический (регулируемый) процесс по сравнению с периодическим 

является  более  прогрессивным.  Улучшается    рост  продуцента  и  биосинтез 

целевого  продукта,  появляется  возможность  коррекции  процесса  при  его 

отклонениях от оптимальных условий.  

Непрерывный  процесс  ферментации  заключается  в  том,  что  из  ферментера  

непрерывно  отбираются    небольшие  порции  культуральной  жидкости    и 

одновременно  в  него  же  вносится  такой  же  объем  питательной  среды. 

Система  оказывается  проточной.  Использование  непрерывного  процесса 

целесообразно,  например,  в  том  случае,  если  целевым  продуктом  является 

непосредственно сама биомасса выращиваемого микроорганизма.  

Отъемно-доливной  ферментационный  процесс,  если  охарактеризовать  его 

кратко,  является  промежуточным  между  периодическим  и  непрерывным. 

Отбор  культуральной  жидкости  здесь  производится  более  крупными 

порциями, чем в случае непрерывного процесса. 

Многоциклический  процесс  является  еще  одним  вариантом  периодической 

ферментации.  По  завершению  ферментационного  цикла  при  сливе 

культуральной  жидкости  в  аппарате  оставляется  ее  примерно 10%; далее,  в 

ферментер  вносится 90%  (по  объему)  свежей  питательной  среды  и 

начинается  новый  ферментационный  цикл.  Таким  образом,  для    этого 

процесса    не  надо  ни  выращивания  нового  посевного  материала;  ни 

подготовки  и  стерилизации  ферментера  и  трубопроводов,  одновременно  

экономятся силы и средства. 

По  характеру  культивирования  продуцента  в  питательной  среде  различают 

поверхностную  и  глубинную  ферментацию.  Здесь  необходимо    вновь 

подчеркнуть,  что  большинство  биообъектов,  используемых  в  качестве  

продуцентов    биотехнологических  продуктов,  являются  аэробами.  При 

поверхностной  ферментации  биообъект  растет  только  на  поверхности 

жидкой  питательной  среды.  Хотя  целевой продукт (если он водорастворим) 

распределяется  по  всему  объему  среды,  биомасса  его  продуцента 

 

117

располагается  лишь  как  поверхностная  пленка  в  любого  рода  емкостях: 

колбах,  включая  так  называемые  микробиологические  матрацы,  бутылях  и, 

наконец, даже в ферментере, при условии, что у него  не работают мешалка и 

барботажное устройство, то  есть нет ни массообмена, ни аэрации. Биомассы 

таким  образом  оказывается  очень  мало  и,  соответственно,  мало  целевого 

продукта.  При  глубинной  ферментации  несмотря  на  частные  различия 

конструкций  ферментеров,  клетки  продуцента  за  счет  работы  мешалки  или 

турбинного перемешивания и пропускания под давлением воздуха через всю 

толщу  среды  «работают»  во  всем  объеме  питательной  среды.  Это  делает 

процесс  высокоэкономичным.  В  ферментере  создаются  условия  для 

накопления  большого  количества  активно  функционирующей  биомассы 

продуцента и, соответственно, целевого продукта. 

В качестве примера, относящегося к истории биотехнологии, можно указать 

на  то,  что  замена  поверхностной  ферментации  (в  колбах  и  бутылках)  на 

глубинную (в ферментационных аппаратах) позволила в короткий срок резко 

повысить  производство  пенициллина,  особенно  остро  необходимого  в  годы 

второй мировой войны.  

Ферментационные  процессы  могут,  наконец,  быть  дифференцированы  в 

технологическом  отношении  еще  по  одному  принципу - по  типу  целевого 

продукта.  Целевым  продуктом  может  быть    биомасса;  индивидуальное 

высокомолекулярное вещество (как правило, это фермент - конститутивный 

или  индуцибельный);  низкомолекулярный  метаболит.  Метаболит,  в  свою 

очередь,  может  являться  первичным  или  вторичным.  Таким  образом, 

необходимость  в  индукторах  и    предшественниках,  а  также    время  их 

внесения  в  среду,  зависят    от  целевого  продукта.  Поскольку  биосинтез 

вторичных  метаболитов  характерен  для  определенных  стадий  развития 

культуры  продуцента  и  стимулируется  в  так  называемых  стрессовых 

ситуациях,  например,  при  обеднении  среды  источниками  углерода,  азота, 

фосфора,  то  внесение    индукторов  и  предшественников  обязательно  в  том 

 

118

случае,  когда  целью  ферментационного  процесса  является  именно 

вторичный метаболит.  

Кривая  накопления  биомассы  обычно  совпадает  с  кривой  накопления 

первичных  метаболитов  и  не  совпадает  с  кривой  накопления  метаболитов 

вторичных. В частности, это относится к таким вторичным метаболитам, как 

антибиотики, которые наиболее быстро накапливаются в среде именно тогда, 

когда биомасса  почти не возрастает.  

При выделении и очистке целевого продукта существенные различия между 

биотехнологическим 

и 

химико-технологическим 

производством 

обнаруживаются  лишь  на  начальном  этапе  работы.  Это  обусловлено 

специфической 

особенностью 

биотехнологического 

процесса - 

необходимостью разделения целевого продукта и биомассы (рабочий термин 

- мицелий). 

Если  целевой  продукт  растворим  в  воде,  то  при  сливе  он  оказывается  в 

культуральной  жидкости.  Мицелий  может  быть  отделен  путем 

использования различных приемов фильтрации (фильтр-прессы и т.д.), также 

сепарирования. Если целевой продукт накапливается в мицелии, то  твердая 

и жидкая фаза разделяются, после чего   целевой продукт экстрагируется из 

мицелия.  Следует  отметить,  что  для  лучшего  выделения  мицелия  из 

культуральной  жидкости  (при  наличии  целевого  продукта    в  последней) 

иногда  прибегают  к  его  предварительной  коагуляции,  в  результате  которой 

облегчается отделение мицелия.  

Контрольные вопросы к главе 4 

 
1.  Что 

входит 

в 

понятие 

предварительной 

подготовки 

ферментационного процесса? 

2.  Что  такое  основной  процесс    и  какие  параметры  биосинтеза 

относятся к регулируемым? 

3.  Что такое «обвязка ферментера» и каково ее значение? 

 

119

4.  Как можно обеспечить активный массообмен в ферментере, учитывая 

специфику культивируемых биообъектов? 

5.  В  чем  состоит  различие  глубинной  и  поверхностной  ферментации? 

Какие биообъекты используются в каждом конкретном случае? 

6.  Какие  факторы  (физические,  химические  и  биологические) 

оказывают влияние на процесс ферментации? 

7.  Что  представляет  процесс  выращивания  посевного  материала?  Из 

каких стадий он состоит? 

8.  Как  обеспечивается  стерильность  всего  биотехнологического 

производства? 

9.  По каким критериям можно охарактеризовать процесс биосинтеза? 

10. Что такое паспорт культуры? 

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120

Глава  5.      Система GMP производства  и  контроля  качества 

лекарственных средств.

 

 

   

В современных условиях рынок лекарственных средств является в полном 

смысле  слова  международным.  Лекарство  может  производиться  на  одном 

континенте,  а - потребляться  на  другом.  Потребитель  отделен  от 

производителя  тысячами  километров.  В  то  же  время  систематически 

возрастает  разнообразие  как  самих  лекарств,  так  и  лекарственных  форм. 

Растет  конкуренция  между  их  производителями.  Лекарственные  средства 

производятся  в  странах  с  разным  социальным  строем,  различиями  в 

национальных традициях и обычаях; предприятия по производству лекарств 

могут работать в резко отличающихся климатических зонах и т.п. 

Лекарственные средства относятся к тому виду продукции, оценить качество, 

эффективность  и  безопасность  которого,  потребителю  не  всегда  легко,  так 

как для этого нужен ряд специализированных лабораторий. 

Общеизвестно,  что  качество  лекарственного  средства  гарантирует 

Фармакопея,  имеющая  законодательный  характер.  Однако,  уже  с  середины 

прошлого  века  появилась  необходимость  еще  в  одном  документе.  Этот 

документ  (или  точнее,  свод  документов)  не  заменяет  фармакопеи,  а 

совместно  с  ней  служит  одной  конечной  цели - гарантировать  потребителю 

высокое качество лекарственных средств. 

Если  фармакопея  обращена  непосредственно  к  лекарственному средству, то 

этот документ, - к предприятию, на котором производится лекарство. 

Аббревиатура GMP расшифровывается  как Good Manufacturing Practice - 

хорошо (правильно) организованное производство (лекарственных средств). 

Официальное название этого документа в переводе - «Правила организации 

производства и контроля качества лекарственных средств». 

Правила GMP - это  требования  к  регламенту  производства  лекарственных 

средств,  обеспечивающему  высокую  культуру  работы  на  предприятии  в 

отношении всех выпускаемых лекарственных препаратов.  

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  13  14  15  16   ..