PRODUCCION DE LA PENICILINA A NIVEL INDUSTRIAL

Los organismos fúngicos sintetizan una amplia gama de metabolitos secundarios de gran importancia económica, comercial y biotecnológica, como los antibióticos ciclosporinas, ácidos mevínicos, alcaloides y estatinas, entre otros. De todos ellos, la biosíntesis de antibióticos principalmente β-lactámicos ha tenido mayor atención en el campo bioquímico, genético e industrial, así como los mayores rendimientos de producción, principalmente en géneros Aspergillus, Penicillium y Acremonium.

diversos productos sintetizados por org fungicos y sus app

Hongos productores de antibióticos, modo de acción y clasificación en base a su estructura química

Procesos regulatorios de la síntesis de los metabolitos secundarios microbianos 

Regulación por retroalimentación (feedback), este tipo de regulación existe en variedad de metabolitos secundarios, donde su alta concentración, sobreproducción o análogos de estos, inhibe su propio proceso de síntesis o también cuando estos provienen de un precursor que es intermediario habitual en la biosíntesis de un metabolito primario, que inhibe la formación del secundario ,tal es el caso de la inhibición de la síntesis de penicilina por lisina en Penicillium chysogenum.

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Para incrementar la producción de un determinado metabolito hay que intervenir, no sólo en la ruta de biosíntesis, sino también sobre vías de secreción, transporte, regulación genética, etc. Hasta ahora la complejidad estructural, generalmente no permite su síntesis química en el laboratorio, de tal manera que se reemplace la fermentación como medio de obtención, por lo que los organismos fúngicos siguen siendo la ruta más práctica de obtención, enfocándose además la atención en la modificación y/o búsqueda de nuevos sistemas biológicos generadores, así como de condiciones optimas de cultivo para la producción y sobreproducción .

LOS ANTIBIOTICOS(AB) 

son compuestos relativamente sencillos, producidos por bacterias u hongos que atacan específicamente a las bacterias. Interfieren en algún paso del metabolismo donde encuentran un blanco adecuado. Desde el descubrimiento de la penicilina, se han descubierto una docena de nuevos tipos de AB y optimizado o sintetizado cerca de una centena. Sin embargo, su eficacia se ha visto alterada por su uso excesivo o incorrecto, que conduce a la aparición y diseminación de bacterias resistentes (ABR). Estas ABR actúan impidiendo el ingreso, modificando o inactivando la droga, modificando al blanco, o activando los sistemas de enflujo. La gran capacidad de las bacterias de mutar y transferir genes, y la presencia de genes de resistencia esencialmente en plásmidos y transposones, contribuyen a su diseminación tanto entre bacterias emparentadas y/o patógenas como hacia bacterias no patógenas que son los reservorios de ABR. La sensación de haber perdido la batalla o de que las ganancias a futuro no son tan importantes, han disminuido el interés de los laboratorios farmacéuticos por buscar nuevos compuestos. Sin embargo desde la investigación básica aparecen nuevas alternativas ya sea utilizando la genómica como material de análisis de nuevos blancos, las defensas naturales del organismo huésped, u otros agentes olvidados como las bacterias predadoras y los fagos, ambos capaces de destruir bacterias.

LA PENICILINA ACTUA SOBRE LA PARED CELULAR DE LA BACTERIA

DESCRIPCION MICOLOGICA DEL PENICILLIUM CHRYSOGENUM 

Hongo filamentoso que presenta conidióforos tabicados de pared lisa (200-300 μm), ramificado al final, con métulas (de 8-12 μm) y fiálides en forma de botella (de 7-12 μm), donde nacen conidios lisos, elipsoidales (de 2,5-4 μm) azules o verde-azulados en cadenas, sin ramificar, con un penacho o pincel característico

ECOLOGIA Y ENFERMEDAD HUMANA 

Hongo productor de penicilina más conocido y también puede producir algunos alcaloides como la roquefortina C, meleagrina y chrisogina. Está ampliamente distribuido en la naturaleza, suele formar colonias verdeazuladas sobre el pan duro y los cítricos, y sus esporas se encuentran frecuentemente en el polvo doméstico.

IMPORTANCIA 

La importancia de la penicilina esta, sobre todo, en los millones de personas que ha salvado desde que fue descubierta por el doctor Fleming el 28 septiembre 1928. Su descubrimiento, casi por casualidad, ha sido uno de los pilares fundamentales de la farmacología actual.

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La penicilina ha supuesto la revolución más importante en la medicina moderna ya que ha dado defensas, desde el punto de vista científico, para nuevas investigaciones de todo tipo. Ya fuera por casualidad o porque tenía que descubrirse esta solución, nadie puede negar el hecho de que su uso, tanto a nivel infantil como con adultos, nos ha dado una mayor esperanza de vida, una solución fácil, eficaz y económica a muchísimas enfermedades que, hasta ese momento podrían considerarse casi como plagas.

CURVA DE CRECIMIENTO 

Esta curva de crecimiento permitió conocer el comportamiento de la cepa en el medio de sustrato empleado, el cual posee una relación 60:30:10 de melaza, lactosuero y peptona. Se determinó la adición del sustrato al cultivo, a las 52 horas de crecimiento con un inóculo de 1x10⁷ por mililitro, momento en el cual se presenta una biomasa de 16.7mg/ml, suficiente para resistir el estrés que sufre el hongo por la adición del sustrato disuelto en solventes orgánicos. Adicionalmente, se observa un descenso significativo en la concentración de glucosa, que teóricamente coincide con el agotamiento de la fuente de nitrógeno y la producción de enzimas del metabolismo secundario.

Tomado de un proyecto en el departamento de Arequipa

CONDICIONES DE CRECIMIENTO 

Temperatura óptima de crecimiento: 23°C, pero crecen entre 5 y 37°C

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Es alimento de ácaros como Ácarus Siro y Tyrophagus pultrescentiae

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Medios de crecimiento: Además de glucosa y lactosa, Penicillium chrysogenum puede utilizar una gran variedad de fuentes de carbono y energía. Alternativamente se han usado sacarosa, almidón, dextrinas, melaza, aceites vegetales y animales, etanol y glicerol.

DIAGRAMA DE OPERACIONES-METODO CULTIVO SUMERGIDO

ETAPAS PRELIMINARES AL TANQUE FERMENTADOR 

Lo primero que hacemos es un cultivo patrón del hongo utilizando esporas liofilizadas.

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Cultivo por estría de P.chrysogenum.

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Cultivo en semillas de cereales.

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Tanque de propagación.

ETAPA MICROBIOLOGICA DEL PROCESO: TANQUE DE FERMENTACION 

Caldo de cultivo para la fermentación: se obtiene por infusión acuosa de maíz, añadiendo de un 2 a un 3% de lactosa, y también se adicionan compuestos inorgánicos (H,O,N,P,S,K,Mg,N,Fe,Cu,Zn), después de ajustar el pH entre valores de 4-5, el medio de cultivo se pasa al fermentador.

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El fermentador está equipado con un agitador vertical, con un sistema de introducción de aire esterilizado por filtración, y con serpentines para mantener la temperatura deseada.

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El hongo se introduce por medio de condiciones estériles con ayuda de aire a presión.

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Durante el crecimiento, el medio se esteriliza con vapor a presión y la temperatura se mantiene entre 2325°C. El aire estéril permite el crecimiento del hongo aerobio.

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Al cabo de unas 50-90 horas, el crecimiento se va haciendo más lento, lo que indica que el hongo se ha desarrollado por completo

ETAPAS POSTERIORES AL TANQUE FERMENTADOR 

Una vez que ha pasado el tiempo suficiente para que el hongo se haya desarrollado por completo, se vacía el fermentador de inmediato, y el caldo pasa a través de un filtro de tambor rotatorio donde se separa el líquido del micelio y de otras partículas sólidas.

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Posteriormente la masa se enfría a 5°C porque la penicilina no es estable a la temperatura ambiente

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El caldo filtrado y enfriado se pasa a un tanque de pera. La separación de la penicilina del caldo se basa en un sistema de extracción líquido-líquido por medio de solventes adecuados no miscibles con el agua. Posteriormente, por recirculación se separa el solvente utilizado.

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Al final se tiene una solución acuosa concentrada y neutra de la sal sódica de la penicilina que se esteriliza por filtración y se evapora al vacío en presencia de butanol, a medida que el agua se evapora, cristaliza el antibiótico, el butanol que se queda en el evaporador, contiene una suspensión de cristales de sal sódica, esto se separa por filtración o por centrifugación.

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Los cristales se lavan con un solvente adecuado para eliminar impurezas.

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Finalmente se secan en cámaras de alto vacío, posteriormente pasa al departamento de fraccionamiento y envasado.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 

Marinelli, F.; Molinari, F. (2012). Las fermentaciones en la producción de metabolitos secundarios de interés farmacéutico. Monografías de la real academia nacional de farmacia, monografía XXXV in: biocatálisis aplicada a la obtención de fármacos y productos de alto valor añadido

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Mendez-Zavala, A.; Contreras-Esquivel, J.C.; Victoriano-Lara, F.; Rodríguez-Herrera, R.; Aguilar, C.N. (2007).Producción fúngica de un pigmento rojo empleando la cepa xerofilica Penicillium purpurogenum GH-2. Revista Mexicana de Ingeniería Química 6:267-273

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Teppei, A.; Kasumi, K.; Sara, U.; Ryo, K.; Jun, K.; Takafumi, K.; Jun, O. (2013). Importance of the ammonia assimilation by Penicillium purpurogenum in amino derivative Monascus pigment, PP-V, production. AMB Express 3:19