Введение к работе
Актуальность темы. Антибиотики - большой класс природных соединений, обладающих высокой биологической активностью и специфичностью действия. Несмотря на то, что к настоящему времени известно значительное количество (более 6000) антибиотиков и их химических производных, потребность в этих веществах постоянно возрастает. Они широко используются не только в медицине и ветеринарии как химиотерапевтические средства, но и в других областях практической деятельности - в растениеводстве , в пищевой и консервной промышленности для создания рациональных способов хранения пищевых продуктов, для борьбы с биоповреждениями различных материалов.
Этим и обусловлено активное проведение исследований не только по изысканию новых, но и по интенсификации и совершенствованию способов получения известных антибиотиков.
Особенно высока потребность в противогрибковых
антибиотиках, так как в количественном отношении они составляют незначительную часть от общего числа известных антибиотиков, а области их возможного применения постоянно расширяются.
Обособленную и наименее изученную группу противогрибковых антибиотиков представляют собой неполиеновые макролиды, спектр биологического действия которых несколько шире, чем у более распространенных и хорошо изученных полиеновых макролидов.
К этой группе антибиотиков относится имбрицин, который не является лечебным препаратом, а такие свойства как стабильность, высокая биологическая активность, широкий спектр действия и низкая токсичность позволяют отнести его к числу перспективных противогрибковых препаратов для использования в различных областях хозяйства.
В настоящее время имбрицин получают с использованием продуцента со сравнительно низкой активностью. Мало изучены способы регуляции его биосинтеза, также неясным остается механизм действия этого антибиотика , в связи с чем исследования в этом направлении являются актуальными.
Цель исследования. Цель настоящей работы состояла в интенсификации процесса биосинтеза имбрицина, основанной на получении и использовании активного продуцента, оптимизации условий его культивирования, в изучении механизма противогрибкового действия имбрицина.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:
1. Изучить естественную и индуцированную изменчивость
продуцента и отобрать наиболее активный и стабильный вариант по
признаку антибиотикообразования.
-
Оптимизировать такие условия культивирования продуцента как интенсивность аэрации и уровень окислительно-восстановительного потенциала среды, состав ферментационной среды.
-
Исследовать влияние ионов натрия на проницаемость клеток продуцента и на процесс выделения антибиотика из биомассы.
-
Определить возможный механизм действия имбрицина на мицелиальные грибы.
-
Изучить возможность использования имбрицина для защиты целлюлозосодержащих материалов (бумаги разных видов) от микоповреждении.
Научная новизна исследования.
Методом ступенчатого отбора выделен вариант продуцента имбрицина,биосинтетическая активность которого на 35% выше активности исходного штамма и характеризующийся более высокой скоростью роста.
Изучена зависимость процесса биосинтеза имбрицина от аэрации и уровня редокс-потенциала среды. Показано, что активный синтез имбрицина происходит при интенсивной аэрации и определенном уровне редокс-потенциала. С помощью редокс-потенциала среды можно направленно регулировать процесс антибиотикообразования: в условиях лимита по кислороду повышение уровня этого фактора окислителями стимулирует, а снижение восстановителями - ингибирует процесс. В условиях интенсивной аэрации наблюдается обратная зависимость.
Показано, что имбрицин оказывает значительное влияние на цитологические, морфолого-культуральные и физиологические признаки микромицетов - деструкторов целлюлозы; выявлено свойство имбрицина влиять на процесс пеллетообразования мицелиальных грибов при глубинном способе их культивирования - в присутствии имбрицина образуются более мелкие и очень плотные пеллеты.
Установлено, что одним из механизмов ингибирующего действия имбрицина на микромицеты является увеличение проницаемости их клеточных мембран, в результате чего происходит "утечка" из клеток таких жизненноважных метаболитов как аминокислоты, белки, нуклеотиды, ионы калия.
Впервые показано, что для защиты целлюлозосодержащих материалов (бумаги) от микоповреждении может быть использован противогрибковый антибиотик имбрицин, превосходящий по основным показателям многие вещества, используемые для этих целей.
Практическая значимость работы. Выделен вариант продуцента имбрицина, превосходящий по активности и скорости роста исходный штамм, использование которого позволит повысить эффективность процесса биосинтеза и сократить его продолжительность на 1 -1,5 суток.
Предложен упрощенный состав ферментационной среды, на которой культивирование продуцента не сопровождается значительным повышением рН, вызывающим инактивацию антибиотика.
Разработан способ интенсификации биосинтеза имбрицина путем регуляции редокс-потенциала среды. При снижении редокс-потенциала восстановителями в условиях эффективной аэрации (2,9 г О2Л1/4) возможно увеличить выход антибиотика на 40%, а в условиях менее эффективной аэрации существенная интенсификация его биосинтеза достигается при повышении редокс-потенциала окислителями.
Установлено, что более полная экстракция имбрицина из биомассы продуцента органическими растворителями происходит при добавлении к биомассе солей натрия.
Показано, что имбрицин является высокоэффективным биоцидом для борьбы с микоповреждениями целлюлозосодержащих материалов - бумаги различных видов. Испытания имбрицина как биоцида проведены в мастерской реставрации графических произведений АООТ "Реставратор" (Санкт-Петербург), получено заключение о перспективности применения имбрицина для защиты от микоповреждений различных материалов на бумажной основе, в том числе и гравюр.
Апробация работы. Результаты исследований обсуждены на заседаниях сотрудников кафедры биотехнологии СПХФА, доложены на 4-й Международной конференции "СПИД, рак и родственные проблемы" (Санкт-Петербург,21-25 мая 1996 г.), на Международном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и наука - третье тысячелетие" (Москва, 28 января - 4 февраля 1996г).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи и тезисы.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц, 36 рисунков, 7 фотографий. Библиография включает 217 источников.