17.2A: Producción Industrial de Antibióticos
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Los antibióticos producidos industrialmente se producen por fermentación, donde el microorganismo fuente se cultiva en un medio de crecimiento líquido grande.
Objetivos de aprendizaje
- Describir cómo se producen antibióticos en la industria por fermentación
Puntos Clave
- Los antibióticos son los metabolitos secundarios de los microorganismos.
- Durante el procesamiento, el antibiótico debe extraerse y purificarse hasta obtener un producto cristalino.
- Los antibióticos útiles a menudo se descubren mediante un proceso de cribado o un proceso de diseño racional.
Términos Clave
- antibiótico: Cualquier sustancia que pueda destruir o inhibir el crecimiento de bacterias y microorganismos similares.
- fermentación: Cualquiera de las muchas reacciones bioquímicas anaerobias en las que una enzima (o varias enzimas producidas por un microorganismo) cataliza la conversión de una sustancia en otra; especialmente la conversión (usando levadura) de azúcares a alcohol o ácido acético con la evolución de dióxido de carbono.
- metabolito: Cualquier sustancia producida por, o que participa en, una reacción metabólica.
Los antibióticos se producen industrialmente mediante un proceso de fermentación, donde el microorganismo fuente se cultiva en recipientes grandes (100,000 — 150,000 litros o más) que contienen un medio de crecimiento líquido.
La concentración de oxígeno, la temperatura, el pH y los niveles de nutrientes deben ser óptimos y deben ser monitoreados de cerca y ajustados si es necesario. Como los antibióticos son metabolitos secundarios, el tamaño de la población debe controlarse con mucho cuidado para asegurar que se obtenga el máximo rendimiento antes de que las células mueran. Una vez completado el proceso, el antibiótico debe extraerse y purificarse hasta obtener un producto cristalino. Esto es más sencillo de lograr si el antibiótico es soluble en disolvente orgánico. De lo contrario, primero debe eliminarse por intercambio iónico, adsorción o precipitación química.
Los microorganismos utilizados en la fermentación rara vez son idénticos a sus homólogos en la naturaleza. Esto se debe a que las especies suelen ser modificadas genéticamente para producir las cantidades máximas de antibióticos. La mutación se usa a menudo y se fomenta mediante la introducción de mutágenos como la radiación ultravioleta, los rayos X o ciertos productos químicos. La selección y posterior reproducción de las cepas de mayor rendimiento a lo largo de muchas generaciones puede aumentar los rendimientos 20 veces o más. Otra técnica utilizada para aumentar los rendimientos es la amplificación génica, donde copias de genes que codifican enzimas involucradas en la producción de antibióticos pueden insertarse de nuevo en una célula, a través de vectores como plásmidos. Este proceso debe estar estrechamente relacionado con la repetición de pruebas de producción y efectividad de antibióticos.
A pesar de la gran variedad de antibióticos conocidos, menos del 1% de los agentes antimicrobianos tienen valor médico o comercial. Por ejemplo, mientras que la penicilina tiene un alto índice terapéutico ya que generalmente no afecta a las células humanas, este no es el caso de muchos antibióticos. Otros antibióticos simplemente carecen de ventaja sobre los que ya están en uso o no tienen otras aplicaciones prácticas.
Los antibióticos útiles a menudo se descubren mediante un proceso de cribado. Para llevar a cabo dicho cribado, se cultivan aislados de muchos microorganismos diferentes y luego se prueban para la producción de productos difusibles que inhiben el crecimiento de organismos de prueba. La mayoría de los antibióticos identificados en dicho cribado ya son conocidos y, por lo tanto, deben ignorarse. El resto debe ser probado por sus toxicidades selectivas y actividades terapéuticas, y los mejores candidatos pueden ser examinados y posiblemente modificados.
Una versión más moderna de este enfoque es un programa de diseño racional. Esto implica tamizaje dirigido a encontrar nuevos productos naturales que inhiban una diana específica, como una enzima que solo se encuentra en el patógeno diana, en lugar de pruebas para mostrar inhibición general de un cultivo.