Контрольная работа по «Биотехнологии»

 

 

                                                                               Зарегистрировано «____»__________20___г.

 

                                                                               __________ ___________________________

 

                                                                       Подпись              (расшифровка подписи)

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

(НИУ «БелГУ»)

 

МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

 

 

 

 

 

                           Контрольная работа 

 

по дисциплине «Биотехнология»

 

вариант № 5

 

 

 

 

                               Выполнил:

                                          студентка 6 курса

                                          группы 03030955

                                                       заочной формы обучения

                                                                    Богатырева Татьяна Николаевна

                              Проверил:

                                                                    ____________________________

 

 

 

БЕЛГОРОД 2014

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Задание 1………………………………………………………………………….3

Задание 2………………………………………………………………………….6

Задание 3………………………………………………………………………..11

Задание 4…………………………………………………………………………15

Задание 5………………………………………………………………………18

Список литературы………………………………………………………….25

 

Задание1.

Получил большое распространение препарат, являющийся смесью синтетического пенициллина - амоксициллина с клавулановой кислотой - «Аугментин». Какова роль указанных компонентов в преодолении резистентности к ЛС?

 

Фармакологическая группа препарата «Аугментин» - это антибиотик, пенициллин полусинтетический + бета-лактамаз ингибитор.

Амоксициллин - полусинтетический антибиотик широкого спектра действия, обладающий активностью против многих грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов. Амоксициллин обладает бактерицидным действием - подавляет синтез пептидогликана клеточной стенки во время фазы роста микроорганизма путем конкурентного ингибирования транспептидаз. В то же время амоксициллин подвержен разрушению бета-лактамазами, и поэтому спектр активности амоксициллина не распространяется на микроорганизмы, которые продуцируют эти ферменты. 

Клавулановая кислота - ингибитор бета-лактамаз, структурно родственный пенициллинам, обладает способностью инактивировать широкий спектр бета-лактамаз, обнаруженных у микроорганизмов, устойчивых к пенициллинам и цефалоспоринам. Клавулановая кислота обладает достаточной эффективностью в отношении плазмидных бета-лактамаз, которые чаще всего обуславливают резистентность бактерий, и менее эффективна в отношении хромосомных бета-лактамаз 1 типа.  
        Название клавулановой кислоты происходит от названия вида Streptomyces clavuligerus, который ее производит. Клавулановая кислота генерируется в ходе биосинтеза из аминокислоты аргинина и сахара глицеральдегид-3-фосфата.

Клавулановая кислота обладает незначительной внутренней антимикробной активностью, несмотря на наличие β-лактамного кольца, что характерно для β-лактамных антибиотиков. Однако сходство в химическом строении молекулы позволяет молекуле взаимодействовать с ферментом β-лактамазы, секретируемым определенными бактериями для придания резистентности к β-лактамным антибиотикам. Клавулановая кислота является суицидным ингибитором, ковалентно связывающимся с остатком серина в активном центре β-лактамазы. Это перестраивает молекулу клавулановой кислоты, создавая гораздо более активные формы, которые подвергаются нападению других аминокислот на активном участке, постоянно инактивируя его, и таким образом, инактивируя фермент. Это ингибирование восстанавливает антимикробную активность β-лактамных антибиотиков против секретирующих лактамазу резистентных бактерий.

Бактерицидное действие сочетания амоксициллина и клавулановой кислоты охватывает широкий спектр грам-положительных и грам-отрицательных, аэробных и анаэробных возбудителей, в том числе и те их штаммы, у которых сформировалась устойчивость к бета-лактамным антибиотикам (ампициллину и амоксициллину) вследствие продукции бета-лактамаз:  
Грам-положительные:  
Streptococcus Group A,B,C,G (Strep. pneumoniae, viridans, milleri, faecalis, pyogenes, anthracis, agalactiae, bovis); Staphylococcus aureus, epidermidis (пенициллин-чувствительные и пенициллин-резистентные, кроме метициллин-резистентных штаммов MRSA, MRSE); Enterococcus faecalis, faecium; Corynebacterium spp.; Listeria monocytogenes; Nocardia asteroides;  
Грам-отрицательные:  
Aeromonas spp.; Bordetella pertussis; Brucella spp.; Campylobacter jejuni, coli; Citrobacter spp. (умеренно чувствительны); Escherichia coli; Gardnerella vaginalis; Haemophilus ducreyi, influenzae; Helicobacter pylori; Klebsiella spp., K. pneumoniae; Moraxella catarrhalis; Morganella spp. (умеренно чувствительны); Neisseria gonorrhoeae, meningitidis; Pasteurela multocida; Proteus mirabilis, vulgaris; Salmonella spp.; Shigella spp.; Vibrio cholerae; Yersinia enterocolitica (умеренно чувствительна); Branhamella catarrhalis.  
Анаэробные:  
Actinomyces israeli; Bacteroides spp. (в том числе B. fragilis); Prevotella melaninogenica; Clostridium spp. (кроме Cl. difficile); Peptostreptococcus spp.; Eikenella corrodens; Fusobacterium spp.; Propionibacterium spp.; Peptococcus spp.  
Другие:  
Mycobacterium tuberculosis, fortuitum, bovis, kanasaii - умеренно чувствительны, (M. chelonei – устойчива); Treponema pallidum; Nocardiae spp., Leptospirae spp.  
Следующие микроорганизмы резистентны или частично резистентны:  
Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter spp., Serratia spp., Proteus rettgeri, morganii, Providencia spp., Mycoplasmae spp., Chlamidiae spp., Rickettsiae spp.

Клавулановую кислоту комбинируют с амоксициллином, так как фармакокинетические параметры обоих компонентов сходны и в комбинации они не влияют на фармакокинетику друг друга.  
Задание 2.

Антибиотики цефепим и цефпиром относятся к цефалоспоринам 4    поколения, обеспечивая высокую фармакологическую активность данных препаратов.

1. Каковы особенности данных лекарственных средств по отношению к цефалоспоринам 1, 2 и 3-го поколений,  и что обеспечивает направления в поиске и создании новых антибиотических лекарственных средств?
2. Прокомментируйте,  какие свойства молекулы этого соединения обеспечивают максимальную эффективность данного антибиотика в аспекте дальнейших направлений в поиске новых эффективных и безопасных лекарственных средств.

 

 

1. Цефалоспорины относятся к β-лактамам и представляют один из наиболее обширных классов антимикробных препаратов. Цефалоспорины оказывают бактерицидное действие, которое связано с нарушением образования клеточной стенки бактерий. В ряду от I к III поколению для цефалоспоринов характерна тенденция к расширению спектра действия и повышению уровня антимикробной активности в отношении грамотрицательных бактерий при некотором понижении активности в отношении грамположительных микроорганизмов.

Общим для всех цефалоспоринов является отсутствие значимой активности в отношении энтерококков, MRSA и L.monocytogenes. КНС, менее чувствительны к цефалоспоринам, чем S.aureus.

Цефалоспорины I поколения (цефазоин) активны в отношении Streptococcus spp. (S.pyogenes, S.pneumoniae) и метициллиночувствительных Staphylococcus spp. По уровню антипневмококковой активности цефалоспорины I поколения уступают большинству более поздних цефалоспоринов. Клинически важной особенностью является отсутствие активности в отношении энтерококков и листерий. Несмотря на то, что цефалоспорины I поколения устойчивы к действию стафилококковых β-лактамаз, отдельные штаммы, являющиеся гиперпродуцентами этих ферментов, могут проявлять к ним умеренную устойчивость. Цефалоспорины I поколения обладают узким спектром действия и невысоким уровнем активности в отношении грамотрицательных бактерий. Природная активность в отношении M.сatarrhalis достаточно высока, однако они чувствительны к гидролизу β-лактамазами, которые продуцируют практически 100% штаммов. Из представителей семейства Enterobacteriaceae чувствительны E.coli,Shigella spp., Salmonella spp. и P.mirabilis, при этом активность в отношении сальмонелл и шигелл не имеет клинического значения. Среди штаммов E.coli и P.mirabilis, вызывающих внебольничные и особенно нозокомиальные инфекции, широко распространена приобретенная устойчивость, обусловленная продукцией β-лактамаз широкого и расширенного спектров действия.

Спектр действия цефалоспоринов II (цефуроксим,цефаклор) поколения в отношении грамотрицательных микроорганизмов шире, чем у представителей I поколения. Оба препарата активны в отношении Neisseria spp. Из семейства Enterobacteriaceae чувствительны не только E.coli, Shigella spp., Salmonella spp., P.mirabilis, но и Klebsiella spp., P.vulgaris, C.diversus. При продукции перечисленными микроорганизмами β-лактамаз широкого спектра они сохраняют чувствительность к цефуроксиму. Цефуроксим и цефаклор разрушаются  БЛРС (β-лактамазами расширенного спектра действия). Псевдомонады, другие неферментирующие микроорганизмы, анаэробы группы B.fragilis устойчивы к цефалоспоринам II поколения.

Цефалоспорины III поколения (цефотаксим, цефтиаксон) характеризуются высоким уровнем активности в отношении Streptococcus spp., при этом значительная часть пневмококков, устойчивых к пенициллину, сохраняет чувствительность к этим антибиотикам. Эта же закономерность характерна и для зеленящих стрептококков. Цефотаксим и цефтриаксон активны в отношении S.aureus, кроме MRSA, в несколько меньшей степени - в отношении КНС (Коагулазонегативный стафилококк ). Коринебактерии (кроме C.jeikeium), как правило чувствительны.

Энтерококки, MRSA, L.monocytogenes, B.antracis и B.сereus - устойчивы. Цефотаксим и цефтриаксон высокоактивны в отношении менингококков, гонококков, H.influenzae и M.catarrhalis, в том числе и в отношении штаммов с пониженной чувствительностью к пенициллину, независимо от механизма устойчивости.

Цефотаксим и цефтриаксон обладают высокой природной активностью в отношении практически всех представителей семейства Enterobacteriaceae, включая микроорганизмы, продуцирующие β-лактамазы широкого спектра. Цефалоспорины Ш поколения не расщепляются β-лактамазами, но они являются индукторами выработки β-лактамаз, Устойчивость E.coli и Klebsiella spp. чаще всего обусловлена продукцией БЛРС. УстойчивостьEnterobacter spp., C.freundii, Serratia spp., M.morganii, P.stuartii, P.rettgeri обычно связана с гиперпродукцией хромосомных β-лактамаз класса С.

Цефалоспорины IV поколения (цефепим, цефпиром) по многим параметрам близки к цефалоспоринам III поколения. Однако благодаря некоторым особенностям химической структуры обладают повышенной способностью проникать через внешнюю мембрану грамотрицательных бактерий и относительной устойчивостью к гидролизу хромосомными β-лактамазами класса С. Поэтому, наряду со свойствами, характерными для базовых цефалоспоринов III поколения (цефотаксим, цефтриаксон), цефепим и цефпиром проявляют следующие особенности:

а) высокую активность в отношении P.aeruginosa и неферментирующих микроорганизмов;

б) активность в отношении микроорганизмов - гиперпродуцентов хромосомных β-лактамаз класса С, таких как: Enterobacter spp., C.freundii, Serratia spp., M.morganii, P.stuartii, P.rettgeri;

в) цефалоспорины IV поколения (цефепим, цефпиром) не являются индукторами β-лактамаз.

Большой эффект в поисках и создании новых антибиотиков может дать технология рекомбинантных ДНК. Во-первых, с ее помощью можно создавать новые антибиотики с уникальной структурой, оказывающие более мощное воздействие на определенные микроорганизмы и обладающие минимальными побочными эффектами. Во-вторых, генноинженерные подходы могут использоваться для увеличения выхода уже известных антибиотиков и соответственно для снижения стоимости их производства.

 Новые антибиотики с уникальными  свойствами и специфичностью  можно получить, проводя генноинженерные манипуляции с генами, участвующими в биосинтезе уже известных антибиотиков.

 

2. Один из наиболее распространенных путей изыскания новых лекарственных средств - химическая модификация соединений с известной биологической активностью. Главная задача таких исследований заключается в создании новых препаратов (более активных, менее токсичных), выгодно отличающихся от уже известных.

 Молекулы природных антибиотиков не всегда обладают удовлетворительными химиотерапевтическими и фармакологическими свойствами. Кроме того, широкое распространение получили резистентные формы микроорганизмов, обладающие способностью разрушать антибиотики, главным образом путем воздействия на них своими ферментами. Поэтому основное направление создания новых антибиотики - химическая и микробиологическая модификации природных антибиотиков и получение так называемых полусинтетических антибиотиков.

В структурной формуле цефепима  присутствует метоксигруппа, что делает его эффективным в отношении граммотрицательных бактерий, определяя высокую скорость прохождения через пористые каналы мембраны клетки.

 

 

 

Задание 3.

Сравните кривые роста микроорганизмов при получении первичных и вторичных метаболитов в биотехнологическом производстве.

 

Первичные метаболиты необходимы для жизнедеятельности организма и кривая их роста возрастает в фазе роста биомассы. Вторичные метаболиты, вещества не являющиеся обязательными для роста или функционирования клетки, но синтезирующиеся в стационарной фазе и участвующие в защите клеток от различных воздействий, причем они могут образовываться или при протекании разветвленных реакций, или из первичных метаболитов, при достаточном их количестве, что отражается на кривой их роста. На рис.1 представлена S – образная кривая роста микроорганизмов в простых периодических условиях.