Produccion de penicilina

Capítulo 9
PRODUCCION DE PENICILINA
Introducción
Los antibióticos son por definición moléculas con actividad antimicrobiana,
que incluyen una gran cantidad de compuestos pertenecientes a diferentes familias químicas. Son metabolitos secundarios, producidos en la mayoría de los casos
después de la fase de crecimiento. Los primeros procesos para la producción de
penicilina, que fue el primerantibiótico conocido, 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.
La historia de las innovaciones en la producción de penicilina comenzó en
1945 con el descubrimiento de una nueva especie,P. chrysogenum, la cual permitió incrementar los rendimientos del producto y trabajar en cultivo sumergido
empleando lactosa como fuente de carbono y energía, y agua de macerado de ma-
íz (corn-steep liquor) como fuente de nitrógeno. De esta época es también el hallazgo de que precursores tales como el fenilacetato incrementan los rendimientos del antibiótico, produciéndose en este casopredominantemente penicilina G
en lugar de una mezcla de distintos tipos.
En la Figura 23 se muestra un esquema de la biosíntesis de penicilina. Las
distintas penicilinas son producidas a partir de P. chrysogeizuin por adición de
una apropiada cadena carboxílica en cantidad adecuada en el medio de cultivo,
pero solamente tienen valor terapéutico la penicilina G y la V. Ambas tienen un
espectro yactividad similar, pero la penicilina V es más estable a pH ácido, lo
que permite su administración por vía oral.
La producción de penicilina como otros procesos biotecnológicos está dominada por su aspecto competitivo entre los grandes laboratorios productores, que realizan permanentes esfuerzos de mejoramiento en cada área del proceso: cepa,
fermentación y separación. El proceso a grandes rasgosimplica el cultivo de P.
chrysogenum en reactores de volumen creciente hasta una escala de 500.000 1,
separación del micelio por filtración y extracción del antibiótico del caldo, seguida por la cristalización o precipitación ácida del mismo.
Cepas, medios de mantenimiento e inóculos
Normalmente la cepa de producción es mantenida como esporos, liofilizados
o en nitrógeno líquido. Otraalternativa es mantener el desarrollo vegetativo en
N2 líquido o congelado a -70 °C.
Antes de comenzar un proceso a partir de un cultivo, el operador debe realizar una exhaustiva evaluación que asegure el mantenimiento de las características de la cepa, lo cual implica determinar el grado de esporulación, la productividad y características morfológicas, lo que incluye ensayos en agitadores y enfermentadores de laboratorio.
Muchos son los factores que se asocian en la síntesis de antibióticos, tales como esporulación, velocidad de crecimiento y niveles de intermediarios, todos los
82cuales son regulados de una manera compleja por muchos genes. Esto puede. ser
el motivo por el cual las mutaciones con agentes físicos (luz UV, rayos X) y químicos, han tenido un gran éxito en el mejoramiento decepas. Entre 1950 y 1980 la
concentración de penicilina obtenida fue incrementada desde 1000 U ml
-1
a cerca
de 60.000 - U ml
-1
(0.5 a 35 mg ml
-1
). Este mejoramiento fue posible no solamente por modificaciones en la cepa, sino también por la tecnología del proceso, como
la ingeniería de aireación y sistema de mezclado en fermentadores, alimentación
continua de glucosa, empleo deelectrodos de pH para el control del mismo, y utilización del sistema continuo.
Las técnicas genéticas se han utilizado de dos formas para el mejoramiento
del proceso. En primer lugar el empleo de mutantes bloqueados ha permitido el
conocimiento de las rutas biosintéticas y de apropiadas ténicas de selección. En
segundo lugar, las técnicas de fusión de protoplastos y procesos parasexuales fa=...