АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Полисахариды

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

ПОЛИСАХАРИДОВ И НУКЛЕОЗИДОВ

Полисахариды

Полисахариды микроорганизмов чрезвычайно разнообразны, большинство из них имеет уникальную структуру, специфическую для вида или серологической группы вида. Большая часть микробных полисахаридов представлена гетерополимерами, построенными из молекул сахаров и уроновых кислот. В соответствии с локализацией полисахариды микроорганизмов делят на внутриклеточные и внеклеточные (экзополисахариды). Последние находят более широкое применение и производятся в больших масштабах.

Использование полисахаридов в медицине определяется их биологической активностью: повышают устойчивость организма к бактериальным и вирусным инфекциям, обладают противоопухолевой активностью, способствуют заживлению ран и регенерации тканей, устраняют болевой синдром, снижают побочное действие лекарственных препаратов и рентгенотерапии.

Гетерополисахаридный комплекс с липидами (продигиозан), выделенный из клеток Serratia marcescens, и препарат из оболочек клеток Saccaromyces cerevisiae (зимозан) нормализуют сдвиги в иммунобиологических реакциях, оказывают положительное действие при лечении опухолей, инфекционных заболеваний. Полисахариды, обладающие антигенной специфичностью, находят применение в качестве диагностических средств. Например, полисахаридные препараты патогенных и условно-патогенных видов дрожжей рода Candida облегчают диагностику заболеваний кандидозной природы. Очищенные специфические полисахариды менингококков используют для получения менингококковых вакцин.

Нейтральные декстраны, продуцируемые Leuconostoc mesenteroides, широко применяются в качествезаменителей плазмы крови. Перспективны как плазмозаменители пуллулан, леваны, синтезируемые Gluconobacter oxydans, Bacillus polymyxa. Сульфаты декстрана обладают антикоагулирующим действием, заменяют гепарин и могут применяться как антитромбогенное средство. В качестве антикоагулятора перспективен также хитин.

Широкое использование микробных полисахаридов в фармацевтической, парфюмерной, пищевой и других отраслях промышленности определяется их свойствами: реологическими характеристиками растворов, способностью к набуханию и взаимодействию с определенными структурами. В фармацевтике они употребляются в качестве основы для изготовления лекарственных форм, как мягчители, эмульгаторы и стабилизаторы суспензий, как склеивающие агенты и разрыхлители в мазях, таблетках. Они обеспечивают длительную устойчивость лекарственных препаратов, стабилизируют и пролонгируют их действие. Конъюгаты модифицированных декстранов с ферментами, например, продлевают время сохранения активности ферментов и снижают их аллергическое действие.

Микробные полисахариды применяются как гельобразующие агенты при изготовлении косметических изделий, для создания гидрофильного буфера в кремах, в качестве набухающих веществ при производстве кремов, шампуней, лосьонов.

В пищевой промышленности полисахариды микроорганизмов используются в виде пленок – покрытий продуктов, например сыров, для защиты их от высыхания и плесневения, в качестве стабилизаторов мороженого, фруктовых соков, загустителей сиропов, джемов, желе и других кулинарных изделий. Особенно перспективным в этом плане считается ксантан. Экзополисахариды дрожжей родов Saccaromyces и Cryptococcus, бактерий родов Azotobacter и Arthrobacter могут употребляться для улучшения качества хлеба. Добавление их к муке повышает газоудерживающую способность теста, улучшает его реологические свойства. Хлеб, выпеченный из такого теста, отличается высоким удельным объемом, хорошей пористостью, медленнее черствеет.

Как гельобразующие агенты экзогликаны находят применение при производстве фото- и рентгеновских пленок (полиурониды Azotobacter, Pseudomonas aeruginosa и др. микроорганизмов). Как заменители альгиновой кислоты водорослей в пищевой, текстильной, фармацевтической и бумажной промышленности они могут заменять агар (гетерополисахариды Bacillus subtilis и Pseudomonas elodea).

Анионные полисахариды (ксантан, занфло – внеклеточный гетерогликан Erwinia tahitica) стабилизируют и предохраняют от высыхания водные эмалевые краски. Сульфаты ксантана используются как загустители клеев. С другой стороны, способность ряда полисахаридов к образованию поверхностных пленок позволяет употреблять их в качестве антисклеивающих веществ, например при освобождении слепков от отливочных форм. Декстран рекомендуется применять и в качестве смазочного средства.

Полисахариды, водные растворы которых отличаются особой стабильностью при резких изменениях температуры и в условиях агрессивной среды, используются в нефтяной и газодобывающей промышленности как стабилизаторы и структурообразователи промывных жидкостей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин, и обеспечивают более полное извлечение нефти из нефтеносных пластов. Более половины нефти в США добывают с помощью полисахаридов, главным образом ксантана. В качестве стабилизатора буровых глинистых суспензий перспективен линейный внеклеточный гетерогликан бактерий Methylobacillus methylophilus, состоящий из глюкозы, галактозы, маннозы, рамнозы и глюкуроновой кислоты.

Полисахариды ряда микроорганизмов (пуллулан Aerobasidium pullulans, гетерополисахарид бактерий Methylomonas и др.) являются флокулирующими агентами и используются в гидрометаллургии для производства металлсодержащих компонентов в виде гелей.

На основе декстранов получают сефадексы, широко применяемые в лабораторной практике для гельфильтрации.

Полианионные гликаны, например, ксантан, хитин, используют для очистки воды от тяжелых металлов, а также при промышленном синтезе полимеров для извлечения их из органических растворителей.

В настоящее время в промышленном масштабе (США, Франция, Япония, страны СНГ) выпускается ряд микробных полисахаридов, имеющих промышленное значение: декстран, ксантан, пуллулан, зан-фло, курдлан, склероглюкан или «политран» и некоторые другие.

Производство различных полисахаридов не универсально. Для каждого гликана оно имеет свои особенности, определяемые физиологией продуцента, локализацией и физико-химическими свойствами полимера, областью его использования. Влияние кислотности среды, уровня аэрации и температуры на биосинтез полисахаридов очень разнообразно.

Большинство микроорганизмов синтезирует полисахариды из всех источников углерода, обеспечивающих их рост, – углеводов, спиртов, карбоновых кислот, аминокислот, углеводородов, С₁-соединений. Некоторые микроорганизмы образуют гликаны лишь при наличии в питательной среде определенных источников углерода. Например, Leuconostoc mesenteroides растет, потребляя различные углеводы, но синтезирует декстран только на средах с сахарозой. Моносахаридный состав гликанов микроорганизмов не меняется в зависимости от источника углерода. В ряде случаев для максимального образования полисахарида требуется более высокая концентрация источника углерода в среде, чем для накопления биомассы. Обычно синтезу полисахаридов благоприятствует избыток углерода в среде при некотором дефиците азота и фосфора. Повышенные концентрации азота и фосфора часто отрицательно сказываются на синтезе полисахаридов.

Декстран – первый микробный экзополисахарид, полученный в промышленности. Он представляет собой гомополисахарид, построенный из α-D-глюкопиранозных остатков, соединенных главным образом α-1,6-связями:

Разветвления в молекуле декстранов образуются с помощью α-1,2-, α-1,3- и α-1,4-связей. Боковые ветви молекулы состоят обычно из одного или двух остатков глюкозы, реже встречаются более длинные боковые цепи.

Продуценты декстрана Leuconostoc dextranicum, Leuconostoc me-senteroides и другие образуют в больших количествах декстрансахаразу, индуцируемую субстратом. Это грамположительные, неспорообразующие, неподвижные, гетероферментативные, факультативно-анаэробные бактерии. Они расщепляют сахарозу на глюкозу и фруктозу. Фруктоза сбраживается по типу гетероферментативного молочнокислого брожения с образованием молочной и уксусной кислот, маннита и СО₂. Глюкоза полимеризуется в декстран. Образование декстрана происходит с высокой скоростью, продукт можно выделить уже через 24 ч.

Декстран образуется внеклеточно. Декстраны имеют молекулярную массу от 15 до 15 000 кДа. Молекулярная масса определяется концентрацией сахарозы и температурой процесса. При высокой концентрации сахара образуются низкомолекулярные декстраны. При небольшой концентрации сахара (10%), температуре 15°С и значении рН 5,0 получаются декстраны с молекулярной массой около 100 кДа.

Декстран извлекают из культуральной жидкости, осаждая органическим растворителем (этанолом), что уменьшает вероятность разрушения и модификации полимера.

Нативный декстран не пригоден для использования в качестве плазмозамещающего средства, так как имеет очень большую молекулярную массу, значительную вязкость, обладает токсическим действием и изменяет иммунореактивные свойства организма. Высокомолекулярные декстраны (более 150 кДа) могут привести к агрегации крови.

С целью снижения молекулярной массы декстран подвергается частичному гидролизу. Можно деполимеризовать выделенный декстран ферментативно, термической обработкой или ультразвуком. Из полученной смеси выделяют среднемолекулярную фракцию, очищают и на ее основе изготавливают лекарственную форму с заданным молекулярно-массовым распределением. По этому критерию плазмозамещающие средства на основе декстрана делят на две основные группы:

– низкомолекулярные (молекулярная масса 30–40 кДа);

– среднемолекулярные декстраны (50–70 кДа).

Осаждать фракции клинического декстрана с нужной молекулярной массой из смеси декстранов можно, используя определенные приемы. Так, например, более высокие концентрации спирта позволяют осаждать из раствора декстраны с меньшей молекулярной массой, декстраны же с большой степенью полимеризации осаждаются, напротив, при меньших концентрациях спирта.

Для очистки декстран неоднократно растворяют в воде, переосаждают спиртом и фракционируют. Для удаления нежелательных примесей применяют также многократную обработку раствора активированным углем. При этом варьируют уровень рН, что способствует изменению растворимости различных присутствующих в растворе веществ.

Ксантан образуется внутри клетки продуцента и затем экскретируется из нее. Бактерии Xanthomonas campestris культивируют в аэробных условиях на среде, содержащей 1–5% углеводов (сахар-сырец, мелассу, кукурузный крахмал и др.). Полимер используют в виде вязкой культуральной жидкости или в виде порошка, высушенного в струе горячего воздуха. В последнем случае клетки отделяют центрифугированием и осаждают полисахарид этанолом, метанолом или ацетоном в присутствии электролита.

Дата добавления: 2015-08-26 | Просмотры: 2676 | Нарушение авторских прав