Antibioottien teollinen tuotanto: Daptomysiinin tuotantoprosessin optimointi
Ladataan...
2.36 MB
suljettu
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
Streptomykeetit ovat grampositiivisten bakteerien suku, jota esiintyy maaperässä monenlaisissa ympäristöissä. Bakteerisuvun tekee kiinnostavaksi sen kyky tuottaa bioaktiivisia sekundaarimetaboliitteja, kuten antibiootteja. Sekundaarimetaboliittien tuotannosta vastaavat biosynteettiset geeniklusterit, jotka aktivoituvat muun muassa ympäristön aiheuttamasta stressistä.
Daptomysiini on Streptomyces roseosporus -bakteerin tuottama syklinen lipopeptidiantibiootti, minkä biosynteesi etenee ei-ribosomaalisen peptidisyntetaasin katalysoimana. Daptomysiiniä käytetään grampositiivisten bakteerien hoitoon, kuten vankomysiinille resistentin Staphylococcus aureuksen sekä metisilliinille resistentin Staphylococcus aureuksen hoitoon. Daptomysiini koostuu 13 aminohaposta, joista kymmenen muodostavat polypeptidiketjun ja kolme muodostavat eksosyklisen sivuketjun. Sivuketju päättyy tryptofaaniin, mihin erilaisissa daptomysiineissa on sitoutunut eripituisia rasvahappoja.
Daptomysiinin teollisen tuoton ongelma on useiden erilaisten yhdisteiden muodostuminen. Biosynteesi käynnistyy entsyymin aktivoidessa rasvahappoja, mutta reaktiosta vastaava entsyymi voi aktivoida halutun dekanonihapon lisäksi muita rasvahappoja, jolloin syntyy daptomysiini analogeja. Analogien muodostumista voidaan ehkäistä syöttämällä dekanonihappoa kasvatukseen. Dekanonihappo on kuitenkin toksinen tuotantokannalle, mikä monimutkaistaa fermentointiprosessia. Teollisen kannankehityksen avulla on saavutettu kanta, joka sietää dekanonihappoa paremmin.
Työn tarkoituksena oli optimoida teollisen tuotantokannan fermentointiprosessi 15 L bioreaktorissa, kiinnittäen erityisesti huomiota dekanonihapon lisäämiseen. Tuottoa seurattiin korkean erotuskyvyn nestekromatografialla. Rihmaston tilavuutta seurattiin päivittäin, jotta dekanonihapon syöttöä voitiin tarvittaessa muuttaa. Optimoimalla teollisen kannan tuotantoprosessi saavutettiin 67 % parannus daptomysiinin saantoon.
Streptomycetes are a genus of Gram-positive bacteria found in soil across a wide range of environments. This bacterial genus is of particular interest due to its ability to produce bioactive secondary metabolites, such as antibiotics. The production of secondary metabolites is governed by biosynthetic gene clusters, which are activated, among other factors, by environmental stress.
Daptomycin is a cyclic lipopeptide antibiotic produced by the bacterium Streptomyces roseosporus, and its biosynthesis proceeds via a non-ribosomal peptide synthetase. Daptomycin is used to treat infections caused by Gram-positive bacteria, including vancomycin-resistant Staphylococcus aureus and methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Daptomycin consists of 13 amino acids, of which ten form a polypeptide chain and three form an exocyclic side chain. The side chain terminates in tryptophan, to which fatty acids of varying lengths are attached in different daptomycin variants.
A challenge in the industrial production of daptomycin is the formation of multiple different compounds. Biosynthesis is initiated when an enzyme activates fatty acids; however, the enzyme responsible for this reaction can activate not only the desired decanoic acid but also other fatty acids, resulting in the formation of daptomycin analogues. The formation of these analogues can be reduced by feeding decanoic acid into the culture. However, decanoic acid is toxic to the production strain, which complicates the fermentation process. Through industrial strain development, a strain has been obtained that better tolerates decanoic acid.
The aim of this work was to optimize the fermentation process of an industrial production strain in a 15 L bioreactor, with particular focus on the addition of decanoic acid. Production was monitored using high-performance liquid chromatography. The volume of the mycelium was measured daily so that the feeding of decanoic acid could be adjusted as needed. By optimizing the production process of the industrial strain, a 67% improvement in daptomycin yield was achieved.