Microbiología General 2007 - 2008

Microbiología General
2007 - 2008
Microbiología Industrial - I
17 abril 2008
MG2007
BLOQUE III.- MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL
Tema 15.- Microorganismos y productos industriales
Tema 16.- Aislamiento y caracterización de productos de origen microbiano
Tema 17.- Producción microbiana de alimentos
Tema 18.- Utilización de microorganismos en procesos ambientales
Bibliografía:
Biología de los Microorganismos de Brock, capítulo 12 en la 8ª edición
Biología de los Microorganismos de Brock, capítulo 30 en la 10ª edición
MG2007
Tema 15.- Microorganismos y productos industriales
Origen de las cepas industriales.
Propiedades de un microorganismo industrial
Productos industriales de origen microbiano
Trofofase e idiofase
Características de los fermentadores a gran escala
Cambio de escala en la fermentación: escalado
MG2007
Tema 16.- Aislamiento y caracterización de productos
de origen microbiano
Antibióticos β-lactámicos
Producción de vitaminas y aminoácidos
Bioconversión microbiana
Producción microbiana de enzimas
Células inmovilizadas
Producción de ácido cítrico
MG2007
Producción industrial de
penicilina
Microbiología General
Curso 2007 – 2008
21 de abril de 2008
INTRODUCCION
Los antibióticos son productos del metabolismo microbiano que son capaces de matar o inhibir el
crecimiento de otros microorganismos a bajas concentraciones.
Durante la II Guerra Mundial la demanda de agentes quimioterapéuticos para tratar las
infecciones de las heridas condujo al desarrollo de un proceso de producción para la penicilina y al
inicio de la era de investigación sobre los antibióticos. En la actualidad continua siendo una de las
áreas más importante de investigación dentro de la Microbiología Industrial.
1900-15
Ehrlich concibe la idea de usar compuestos químicos de síntesis como “balas mágicas”
selectivas hacia microorganismos, pero inofensivas para las personas o animales
superiores. En 1909 descubre que el salvarsán es efectivo contra la sífilis. Acuña el
término “quimioterapia”.
1932-35
Domagk, siguiendo los pasos de Ehrlich, descubre la acción del rojo de prontosilo (la
primera sulfamida) sobre el neumococo y otros estreptococos in vivo
1940
Woods descubre el mecanismo de acción de las sulfamidas. Estamos en plena “Edad
de oro de la Quimioterapia de síntesis”.
1929
Fleming descubre la penicilina, el primer antibiótico natural, pero fracasa en su intento
de purificarlo. La industria farmacéutica se muestra “"indiferente”.
1940
Chain y Florey purifican la penicilina. Se usa en la 2ª Guerra Mundial. Comienza la era
de los antibióticos naturales
1944
Waksman, un microbiólogo de suelos, ha iniciado una búsqueda de microorganismos
productores de antibióticos. Descubre la estreptomicina. Comienza la época dorada de
los antibióticos (quimioterápicos naturales), y la búsqueda racional rinde decenas de
nuevos antimicrobianos procedentes de Actinomicetos, otras bacterias y hongos.
INTRODUCCION
Los antibióticos son productos del metabolismo microbiano que son capaces de matar o inhibir el
crecimiento de otros microorganismos a bajas concentraciones.
Durante la II Guerra Mundial la demanda de agentes quimioterapéuticos para tratar las
infecciones de las heridas condujo al desarrollo de un proceso de producción para la penicilina y al
inicio de la era de investigación sobre los antibióticos. En la actualidad continua siendo una de las
áreas más importante de investigación dentro de la Microbiología Industrial.
El número de antibióticos descritos continúa aumentando debido a los programas intensivos de
búsqueda en todos los países industriales. En 1961 eran conocidos 513 antibióticos, 4076 en 1972,
7650 en 1985 y en 1990 alrededor de 8000.
Cada año se detectan aproximadamente 300 nuevas sustancias con actividad antibiótica, de las
que el 30-35% son componentes secundarios de las fermentaciones de antibióticos conocidos.
Del gran número de antibióticos conocidos de origen microbiano, solamente 123 se producían por
fermentación en 1984.
Además, más de 50 antibióticos se producían como compuestos semisintéticos y 3 antibióticos
(cloranfenicol, fosfomicina y pirrolnitrina) se producen en forma completamente sintética.
INTRODUCCION
Los antibióticos son producidos por bacterias y hongos. Entre los hongos, solamente 10 de los
antibióticos conocidos se producen comercialmente y solamente las penicilinas, cefalosporina C,
griseofulvina y ácido fusídico tienen importancia clínica. En las bacterias existen muchos grupos
taxonómicos que producen antibióticos. La mayor variedad en estructura y número de antibióticos
se encuentra en los actinomicetos, especialmente en el género Streptomyces.
La producción mundial de antibióticos en 1979 estaba por encima de las 100.000 toneladas por
año. Las ventas brutas anuales, sólo en USA, eran de 1000 millones de dólares, con la
cefalosporina en la posición de cabeza, seguida de la ampicilina y las tetraciclinas.
Porcentajes de producción
de diversas familias de
quimioterápicos
INTRODUCCION
Los antibióticos son producidos por bacterias y hongos. Entre los hongos, solamente 10 de los
antibióticos conocidos se producen comercialmente y solamente las penicilinas, cefalosporina C,
griseofulvina y ácido fusídico tienen importancia clínica. En las bacterias existen muchos grupos
taxonómicos que producen antibióticos. La mayor variedad en estructura y número de antibióticos
se encuentra en los actinomicetos, especialmente en el género Streptomyces.
La producción mundial de antibióticos en 1979 estaba por encima de las 100.000 toneladas por
año. Las ventas brutas anuales, sólo en USA, eran de 1000 millones de dólares, con la
cefalosporina en la posición de cabeza, seguida de la ampicilina y las tetraciclinas.
Antes de 1960 aproximadamente el 5% de los antibióticos recientemente aislados eran útiles
terapéuticamente. En los años siguientes fueron descubiertos nuevos antibióticos a una velocidad
aproximadamente constante, pero el porcentaje de los nuevos antibióticos que realmente llegaban
al mercado descendió desde el 2,6% entre 1961-1965 al 1% entre 1966-1971. Esto se debe
fundamentalmente a un aumento severo en los costes del desarrollo y de las pruebas clínicas, de
forma que muchos fabricantes producen solamente aquellos compuestos que claramente muestran
un progreso terapéutico prometedor. Por término medio se necesitan alrededor de 8-10 años
para desarrollar un nuevo antibiótico a un coste medio de 10x106 - 20x106 dólares (6 – 12x106 €).
La obtención de mejores antibióticos se lleva a cabo por modificación de los compuestos
conocidos utilizando medios químicos o genéticos (mutasíntesis, fusión de protoplastos, tecnología
del DNA recombinante). Sin embargo, solamente por procesos de Screening pueden esperarse
encontrar antibióticos con estructuras básicas enteramente nuevas, especialmente por la
utilización de nuevos procedimientos de prueba y por la investigación en nuevos grupos de
microorganismos.
PRODUCCION DE PENICILINAS
Los antibióticos ß-lactámicos son metabolitos secundarios
Los antibióticos ß-lactámicos se caracterizan por poseer en su estructura el anillo ß-lactámico
que está compuesto por 3 átomos de carbono y 1 átomo de nitrógeno. Los antibióticos ßlactámicos se pueden dividir en cinco clases diferentes:
· Penicilinas
· Clavamas
· Cefalosporinas
· Monobactamas
· Carbapenemas
Las penicilinas y cefalosporinas pertenecen a los más efectivos de todos los agentes
terapéuticos usados en el control de las enfermedades infecciosas.
PRODUCCION DE PENICILINAS
La penicilina fue descrita por Fleming en 1929. Un grupo de investigación en Oxford, bajo la
dirección de Florey y Chain, la aisló a partir de cultivos de Penicillium notatum en 1940 y la
primera aplicación clínica de la penicilina se realizó en 1941. Las penicilinas son producidas por
muchos hongos, particularmente especies de Penicillium y Aspergillus.
Penicillium notatum
Sir Alexander Fleming, 1952
Photograph courtesy of Associated Press
PRODUCCION DE PENICILINAS
La penicilina fue descrita por Fleming en 1929. Un grupo de investigación en Oxford, bajo la
dirección de Florey y Chain, la aisló a partir de cultivos de Penicillium notatum en 1940 y la
primera aplicación clínica de la penicilina se realizó en 1941. Las penicilinas son producidas por
muchos hongos, particularmente especies de Penicillium y Aspergillus.
Penicillium notatum
Placa de Petri sembrada con Staphylococcus aureus
y contaminada con P. notatum
PRODUCCION DE PENICILINAS
La penicilina fue descrita por Fleming en 1929. Un grupo de investigación en Oxford, bajo la
dirección de Florey y Chain, la aisló a partir de cultivos de Penicillium notatum en 1940 y la
primera aplicación clínica de la penicilina se realizó en 1941. Las penicilinas son producidas por
muchos hongos, particularmente especies de Penicillium y Aspergillus.
Fleming
Chain
Florey
PRODUCCION DE PENICILINAS
Las penicilinas naturales son efectivas contra numerosas bacterias Gram +. Son lábiles en
medio ácido y pueden ser inactivadas por hidrólisis del anillo ß-lactámico con penicilinasas.
Debido a su baja toxicidad pueden ser utilizadas grandes dosis de penicilina, solamente un
pequeño porcentaje de pacientes desarrollan alergia (0,5-2%).
Los antibióticos ß-lactámicos son inhibidores específicos de la síntesis de peptidoglicano,
componente de la pared celular bacteriana. Son análogos estructurales de la D-alanil-D-alanina
y por ello se considera que estos fármacos se unen a las transpeptidasas a las que inactivan
irreversiblemente. Algunas penicilinas son menos efectivas frente a Bacterias G - debido a que
la membrana externa bloquea su paso al interior, aunque las penicilinas sintéticas y
cefalosporinas tienen efecto también frente a Bacterias G -.
SITIO DE ACCIÓN DE LAS PENICILINAS
1.- Estructura química
La estructura básica de las penicilinas es el ácido 6-aminopenicilánico (6-APA), que consiste en
un anillo tiazolidínico con un anillo ß-lactámico condensado. El 6-APA lleva una parte variable
acilada en la posición 6.
1.- Estructura química
La estructura básica de las penicilinas es el ácido 6-aminopenicilánico (6-APA), que consiste en
un anillo tiazolidínico con un anillo ß-lactámico condensado. El 6-APA lleva una parte variable
acilada en la posición 6.
2.- Biosíntesis y regulación
El anillo ß-lactámico-tiazolidínico de la penicilina se produce a partir de L-cisteína y Lvalina. La biosíntesis se produce por medio de un dipéptido compuesto de ácido L-a-aminoadípico
(L-a-AAA) y L-cisteína. Subsecuentemente se conecta la L-valina mediante una reacción de
epimerización, dando lugar a la formación del tripéptido d-(L-a-aminoadipil)-L-cisteinil-D-valina. El
primer producto de la ciclación del tripéptido que puede ser aislado es la isopenicilina N, pero no
se conocen las reacciones bioquímicas que conducen a este intermediario. La bencilpenicilina se
produce en el intercambio de L-a-AAA (L-a-aminoadípico) con ácido fenilacético activado. El 6APA, que no es un producto intermediario de biosíntesis, se excreta en ausencia de un precursor
de la cadena lateral.
Metabolito
secundario
2.- Biosíntesis y regulación
Ruta de producción de penicilina en Penicillium chrysogenum
2.- Biosíntesis y regulación
SÍNTESIS DE PENICILINA G
Ruta de producción de penicilina en Penicillium chrysogenum
2.- Biosíntesis y regulación
Se conocen varios mecanismos reguladores en la biosíntesis de la penicilina. El aminoácido lisina
es sintetizado a partir de la vía que origina el ácido L-a-aminoadípico de forma que la penicilina y
la lisina comparten una ruta biosintética ramificada común. La lisina inhibe la síntesis de penicilina
debido a que inhibe por retroalimentación a la homocitrato sintasa, un enzima implicado en la
síntesis de L-a-AAA. Si el L-a-AAA es deficiente, no puede sintetizarse penicilina. Sin embargo,
la retrorregulación por lisina no parece ser una etapa limitante en la biosíntesis de penicilina. La
biosíntesis de penicilina se ve afectada por la concentración de fosfato y también muestra una
clara represión catabólica, particularmente por glucosa.
2.- Penicilinas naturales, semisintéticas y biosintéticas
La estructura básica de las penicilinas es el ácido 6-aminopenicilánico (6-APA), que consiste en
un anillo tiazolidínico con un anillo ß-lactámico condensado. El 6-APA lleva una parte variable
acilada en la posición 6.
Si la fermentación de penicilina se lleva a cabo sin adición de precursores de la cadena lateral se
producen las penicilinas naturales. A partir de esta mezcla solamente es útil terapéuticamente
la bencilpenicilina; los otros compuestos deben ser eliminados durante la etapa de recuperación
del producto.
La fermentación puede ser controlada mejor añadiendo un precursor de la cadena lateral, de
forma que solamente se produzca una penicilina deseada. Más de 100 penicilinas biosintéticas
han sido producidas de esta forma. En los procesos comerciales, sin embargo, solamente han sido
producidas la penicilina G y la penicilina V, y cantidades muy limitadas de penicilina O. Utilizando
el ácido fenoxiacético, como precursor de la cadena lateral, se consiguió la obtención de
penicilina V (fenoximetilpenicilina), penicilina que es particularmente estable en medio ácido y
que puede, por tanto, suministrarse por vía oral al contrario de lo que ocurre con la penicilina G
ya que debido a su sensibilidad a los ácidos no se puede administrar oralmente puesto que es
hidrolizada en el estómago.
2.- Penicilinas naturales, semisintéticas y biosintéticas
PRODUCCION DE PENICILINAS
PRODUCCION DE PENICILINAS
Amoxicilina
Ampicilina
Núcleo central de la penicilina
Núcleo central de las cefalosporinas
2.- Penicilinas naturales, semisintéticas y biosintéticas
A diferencia de las anteriores, las penicilinas semisintéticas incluyen diversas penicilinas
obtenidas al añadir químicamente una gran variedad de cadenas laterales al ácido 6-APA.
Penicillium chrysogenum puede sintetizar este ácido si el medio de cultivo carece de
precursores de la cadena lateral. Sin embargo, la producción de 6-APA en estas condiciones es
tan pequeña que hace inviable este procedimiento. La deacilación química tampoco es rentable
pues este proceso comprende tres etapas que deben llevarse a cabo a baja temperatura y en
condiciones anhidras estrictas, requiriéndose además varios solventes químicos. Por estas
razones, la producción industrial del 6-APA necesario para la fabricación de penicilinas
semisintéticas se realiza por deacilación enzimática de la penicilina G. Este proceso biológico
se basa en la producción por ciertas bacterias de acilasas que eliminan el grupo bencilo. La
deacilación se realiza en H2O a 37°C, lo que reduce considerablemente los costes. Después de
la deacilación se obtiene una solución de sales sódicas del ácido fenilacético y 6-APA. El
fenilacético recuperado se puede utilizar posteriormente para la producción de penicilina G.
Debido a sus mejores características (estabilidad a la acidez, resistencia a ß-lactamasas,
mayor espectro antimicrobiano), las penicilinas semisintéticas han llegado a ser extensamente
utilizadas en terapia.
Aproximadamente el 38% de las penicilinas naturales producidas comercialmente se utilizan en
medicina humana, el 12% en veterinaria y el 43% como material de partida para la producción
de penicilinas semisintéticas.
2.- Penicilinas semisintéticas
3.- Desarrollo de cepas y de técnicas de cultivo
La producción de penicilina por la cepa aislada por Fleming era de aproximadamente 2 u.i./ml; los
procesos actuales producen un título de penicilina de aproximadamente 85.000 u.i./ml. Este es
un aumento desde 0,0012 g/l hasta 50 g/l e ilustra bien el valor y el poder de un programa de
selección de cepas.
Los primeros procesos para la producción de penicilina implicaban el crecimiento de Penicillium
notatum sobre la superficie de un medio líquido (Czapek-Dox-glucosa).
El período de incubación era usualmente de 6-12 días y posteriormente la penicilina se extraía con
solventes previa separación del micelio
3.- Desarrollo de cepas y de técnicas de cultivo
La mejora del cultivo inicial se produjo en 1943 con el aislamiento de la cepa Penicillium
chrysogenum NRRL1951. Este microorganismo era más adecuado para la producción en cultivo
sumergido que la cepa original, Penicillium notatum.
P. Chrysogenum permitió trabajar en cultivo sumergido empleando lactosa como fuente de
carbono y energía, y agua de macerado de maíz (corn-steep liquor) como fuente de nitrógeno.
Mediante posterior mutagénesis fue aislada la cepa WisQ176, la cepa original de la línea de
cultivos Wisconsin. WisQ176 fue adoptada por la mayor parte de los fabricantes de penicilina y
fue utilizada como cepa original en los distintos programas comerciales de mejora de cepas,
acerca de los que se ha publicado poco (secreto industrial). Si bien los aumentos de rendimiento
han sido el objetivo principal del desarrollo de las cepas, también han sido optimizados otros
factores que tienen un efecto sobre la fermentación y la eficiencia de recuperación del producto.
3.- Desarrollo de cepas
Los principales avances en el procesamiento han sido obtenidos a través del screening empírico
de mutantes. Hasta mitad de los años 60 los mutágenos utilizados más frecuentemente eran los
rayos X, mostaza nitrogenada y radiaciones de longitud de onda corta. Más recientemente han
sido utilizados como mutágenos la nitrosoguanidina, los agentes alquilantes y los nitritos. A
principios de los 70 la mejora de cepas por el mero uso de la mutación había alcanzado su límite.
El descubrimiento de un ciclo parasexual en Penicillium chrysogenum proporcionó una forma de
utilizar la recombinación genética para el desarrollo de cepas. Se describieron diploides
heterozigóticos que tenían títulos de penicilina superiores a los de las cepas haploides parentales.
Sin embargo, el mayor porcentaje de cepas con producción superior de penicilina se produjo a
partir de los haploides segregantes de los cruces entre mutantes de diferentes líneas. La técnica
de fusión de protoplastos abrió un nuevo enfoque en el desarrollo de cepas de alta producción
obteniéndose rendimientos del 8% superiores a los obtenidos por mutación y selección. Además,
algunas de las cepas resultantes han tenido mejores características de crecimiento, como
esporulación más estable y mejor crecimiento para la producción del inóculo. El uso de la
ingeniería genética para aumentar la síntesis de enzimas que catalizan pasos limitantes, mediante
la amplificación génica o mejora de la transcripción, no ha sido todavía posible en Penicillium
chrysogenum debido a la ausencia de datos biosintéticos precisos y a la ausencia de buenos
sistemas vector-hospedador. Sin embargo, se ha construido un banco de genes para Penicillium
chrysogenum y se ha desarrollado un sistema de transformación
4.- Métodos de producción
La penicilina G y la penicilina V son producidas utilizando procesos sumergidos en fermentadores
de 40.000-200.000 litros. Debido a las dificultades en el suministro de oxígeno no pueden ser
empleados tanques mayores. La fermentación de penicilina es un proceso aeróbico con una
velocidad de absorción volumétrica de oxígeno de 0,4-0,8 mM/l min. La velocidad de aireación
requerida está entre 0,5-1,0 volúmenes de aire (volumen de líquido)-1 min-1 dependiendo de la cepa,
del biorreactor y del tipo de impulsor. Para el mezclado se suelen utilizar varios impulsores de
tipo turbina (120-150 rpm). El rango de temperatura óptima es de 25-27°C.
En un esquema típico de producción de penicilina el inóculo se inicia utilizando esporas liofilizadas.
Debido a la gran variabilidad de las cepas de alta producción, es necesario el mantenimiento
cuidadoso de las cepas. La concentración de esporas (óptima 5x103/ ml) y la formación de
agregados son cruciales para el rendimiento subsecuente. Si se quiere conseguir una velocidad
óptima de formación de penicilina, los agregados (pellets) no deben crecer como bolas compactas
sino de una forma suelta.
Después de varias etapas de crecimiento está preparado el cultivo de producción. En la
fermentación típica de penicilina existe una fase de crecimiento de unas 40h con un tiempo de
duplicación de 6h, durante la cual se forma la mayor parte de la masa celular. El suministro de
oxígeno es crítico en el cultivo en crecimiento ya que el aumento de la viscosidad dificulta la
transferencia de oxígeno. Después de la fase de crecimiento, el cultivo llega a la fase real de
producción de penicilina. Debido al aporte de distintos componentes al medio, la fase de
producción puede extenderse hasta 120-160h.
4.- Métodos de producción
4.- Métodos de producción
Actualmente la extracción con solventes es la base para la separación y purificación de la
penicilina. El primer paso consiste en separar el micelio del medio de cultivo empleando un filtro
rotatorio a vacío tipo cilíndrico. El filtrado rico en penicilina es luego enfriado en un
intercambiador de calor a 0 - 4 °C con el objeto de disminuir la degradación enzimática y química
durante las etapas de extracción posteriores.
Las penicilinas G y V son ácidos fuertes (pKa entre 2.5 - 3.1). Las formas ácidas son solubles
en muchos solventes orgánicos y se pueden extraer con un alto rendimiento en acetato de amilo
o de butilo a pH 2.5 - 3.0. La extracción se puede realizar en operaciones continuas, a
contracorriente en extractores centrífugos en etapas múltiples, a temperaturas de 0 - 3 °C.
Otra posibilidad es el empleo de mezcladores estáticos o decantadores, los cuales tienen en
menor costo de inversión.
Se debe tener en cuenta que tanto la penicilina G como la V se degradan en medio ácido con una
cinética de primer orden a una velocidad proporcional a la temperatura y recíproca con respecto
al pH. Esto hace que la vida media en condiciones de eficiente extracción en medio ácido sea muy
reducida. Sin embargo como la forma V en tales condiciones es más estable que la G, si el
objetivo es obtener 6-amino penicilánico (6-APA) la producción de penicilina V es más
aconsejable.
4.- Métodos de producción
La extracción de penicilina se puede realizar en una o más etapas sucesivas, con una acidificación
del caldo filtrado con H2SO4 o H3PO4 al 10% P/V y con el agregado de un agente surfactante
(0,003 - 0,1% P/P, en el solvente), realizándose la extracción y concentración en extractores
centrífugos.
Dependiendo de las especificaciones de uso final, el solvente conteniendo penicilina se puede
tratar con carbón para separar pigmentos y otras impurezas. Esta etapa actualmente no se
realiza debido a las bajas impurezas de los caldos y a los altos rendimientos obtenidos.
La cristalización se puede realizar desde la fase acuosa si se desea, siendo los valores críticos
las concentraciones de sodio o potasio, la temperatura, la concentración de penicilina y el pH. En
caso de hacerse la cristalización a partir de un solvente se requiere también un exceso de Na+ o
K+ , siendo los cristales recuperados en un filtro rotatorio a vacío. Estos cristales son lavados y
presecados con un solvente volátil que también separa impurezas coloreadas. El secado
definitivo se puede realizar con aire caliente, vacío o calor radiante.
La penicilina cristalina G o V así obtenida puede ser empleada como tal o como intermediario que
es convertido a 6-APA para obtener nuevas penicilinas semisintéticas, cuidando en todos los
casos que los productos deberán tener un grado farmacéutico. El ácido 6-APA puede ser
obtenido por vía enzimática (penicilinacilasa) o química; sin embargo todas estas etapas escapan
al alcance de esta monografía, por lo tanto se remite al lector interesado a la bibliografía.
4.- Métodos de producción
El medio de un cultivo típico alimentado puede variar dependiendo de la cepa, y generalmente
consiste en:
· Líquido de maceración de maiz (4-5% peso seco).
· Una fuente de Nitrógeno adicional, harina de soja, extracto de levadura o suero.
· Una fuente de carbono, lactosa.
· Varios tampones
· El pH se mantiene constante a 6,5.
· El ácido fenilacético o el fenoxiacético se alimentan continuamente como precursores (0,5-0,8%
del total).
Los procesos con alimentación de glucosa o melazas también tienen éxito. En estos casos las
velocidades de alimentación son de 1.0-2.5 kg*m-3*h-1, con una concentración de glucosa de 500
kg*m-3.
Aproximadamente el 65% de la fuente de carbono metabolizada se utiliza para el mantenimiento
energético, el 25% para el crecimiento y sólo el 10% para la producción de penicilina.
4.- Métodos de producción
Producción de penicilina (x) en cultivos discontínuos. La variación en biomasa
se representa con punto negros
4.- Métodos de producción
Producción de penicilina (x) en cultivos discontínuos. La variación en biomasa
se representa con punto negros
4.- Métodos de producción
La principal fuente nitrogenada empleada hasta la década del 70 fue "corn steep liquor" debido a
que aumentaba los rendimientos del antibiótico probablemente al suministrar compuestos como
aminoácidos, factores de crecimiento, precursores de la cadena lateral, además de elementos
trazas. Sin embargo, dada la variabilidad del producto entre distintas partidas, los problemas de
suministro, y también debido a la introducción de precursores específicos de la cadena lateral, las
industrias buscaron reemplazarlo.
Los productos alternativos son la harina de semilla de algodón, extractos y peptonas, y la harina
de soja. Sin embargo en algunos casos estos productos son igualmente variables y tanto o más
caros.
4.- Métodos de producción
En 1976 se demostró la importancia de un suministro continuo de amonio (por alimentación con
(NH4)2SO4), que permitiese mantener niveles del mismo de aproximadamente 20 mM. Trabajando
en cultivos alimentados y modificando la relación nitrógeno/carbono en la alimentación, se
comprobó que cuando el cultivo estaba limitado en nitrógeno cesaba la producción de penicilina, la
cual se restablecía al ser la fuente de carbono la limitante. El requerimiento de grandes
cantidades de NH4+ podría reflejar su necesidad para la síntesis de glutamato, el cual es
requerido para producir valina y cisteína.
El azufre se incorpora como (NH4)2SO4 y con la fuente de nitrógeno orgánica (extractos,
peptona). El fósforo en forma inorgánica se adiciona como sales de fosfato y se aconseja
mantener su concentración entre 250 y 500 mg l-1 con alimen tación continua. Además se debe
tener en cuenta que el "corn-steep liquor" es una fuente importante de fósforo.
Si se desea obtener un determinado tipo de penicilina, se debe incluir inicialmente, o bien por
alimentación en los medios, una cantidad relativamente grande de precursor. El requerimiento
teórico de fenilacetato sódico, es 0.47 g g-1 de penicilina G ácida, y de fenoxiacetato de sodio,
0.50 g g-1 de penicilina V ácida.
4.- Métodos de
producción
Se ha intentado la producción de
penicilina por fermentación continua,
pero ha sido difícil debido a la
inestabilidad de las cepas de
producción. Como alternativa se ha
sugerido un sistema de "tanque de
llenar y sacar“ (feed batch).
En este procedimiento el 20-40% del
contenido de la fermentación se saca y
se reemplaza con solución fresca de
nutrientes; este proceso puede ser
repetido hasta diez veces sin reducción
del rendimiento.
4.- Métodos de producción
Se está llevando a cabo una intensa investigación para producir penicilina con células
inmovilizadas. En un estudio a escala de laboratorio se demostró la ventaja de este enfoque sobre
el uso de sistemas discontinuos alimentados, pero esta técnica no ha sido introducida todavía a
nivel comercial.
La penicilina es excretada al medio y menos del 1% permanece unida al micelio. Después de la
separación del micelio, la recuperación del producto se lleva a cabo por medio de dos etapas de
extracción continua en contracorriente del caldo de fermentación con acetato de amilo o de
butilo a 0-3°C y pH: 2,5-3,0. El rendimiento es de alrededor del 90%.
Referencias
http://nostoc.usal.es/sefin/MI/tema15MI.html
http://www.biologia.edu.ar/microind/producci%C3%B3n_de_penicilina.htm
http://www1.us.es/pautadatos/publico/asignaturas/40397/17564/BIOTEC_07-08_TEMA%2010.pdf