Задача 1
В процессе промышленного производства аскорбиновой кислоты используется многостадийный химический синтез, в котором наряду с тонкими химическими реакциями встроена и технологически необходимая биосинтетическая реакция, что является одним из примеров успешного сочетания органического синтеза с биосинтезом.
При проведении технологического этапа биосинтеза на данном производстве используют определенные микроорганизмы, осуществляющие биосинтетические реакции. Не менее важным являются оптимизация условий ферментации и контроль за количеством биомассы микроорганизмов в ферментационном аппарате.
Проанализируйте ситуацию с точки зрения:
1. химической реакции биотрансформации, определяющей проведение биосинтеза и ожидаемого результата проведения биотрансформации;
2. выбора микроорганизмов для биоконверсии и оптимального подбора компонентов питательной среды, (источников углерода, азота и фосфора);
3. возможности увеличения выхода целевого продукта.
Задача 2
Довольно часто при получении лекарственных средств биотехнологическими методами, синтез метаболитов в суспензионной культуре останавливается на промежуточных этапах, не доходя до целевого продукта. В этом случае на помощь приходит биотрансформация (биоконверсия), которая особенно эффективна в бактериальных клетках, но в ряде случаев такой процесс можно провести и с помощью культур растительных клеток, осуществляющих самые различные реакции биотрансформации, такие как гидроксилирование, изомеризация, этерификация и т.д., что в результате приводит к функциональным изменениям в структуре трансформируемого химического соединения.
Успешно применяется биотрансформация карденолидов, гликозиды которых широко используются в практике лечения болезней сердца. Как пример можно привести биотрансформацию такого растения как Digitalis lanata.
Проанализируйте метод биотрансформации с точки зрения:
1. оптимизации условий проведения биотрансформации, как метода получения лекарственных средств и ожидаемого результата данной биотрансформации;
2. принципиального функционального отличия между тканями Digitalis lanata и культурами клеток этого растения;
3. целесообразности использования метода иммобилизации клеток растения Digitalis lanata.
Задача 3
При получении генно-инженерного инсулина, основанного на раздельном биосинтезе 2-х цепей, в качестве продуцента используются определенные микроорганизмы и модифицированный чужеродный ген (точнее оперон) с лидерной последовательностью аминокислот (с метионином и бетагалактозидазой), отделяемой на последней стадии контакта секретируемого белка и клетки. Ферментацию проводят на среде с лактозой (или галактозой) для последующего объединения свободных инсулиновых цепей. Далее проводят выделение и очистку полученного инсулина.
На основе общей схемы получения инсулина и требований к его качеству, проанализируйте и обоснуйте:
1. условия выбора конкретного продуцента инсулина и конструкцию вектора, с помощью которого можно ввести в клетку чужеродный ген (ген инсулина);
2. необходимость использования лидерной последовательности аминокислот с метионином и бетагалактозидазой в синтезе инсулина и роль лактозы (галактозы) в
процессе ферментации и получении завершенных инсулиновых цепей и их объединении;
3. возможность проявления токсичности генно-
инженерного инсулина. С чем это может быть связано, учитывая видоспецифичность данного инсулина, его серийное качество и уровень культуры производства на предприятии?
Прокомментируйте правила безопасности работы с микроорганизмами на генетическом и физическом уровнях.
Задача 4.
В настоящее время существует международная программа системы поиска и отбора антимикробных агентов, подавляющих размножение патогена только в инфицированном организме, то есть система, позволяющая клонировать гены, которые не экспрессируются в искусственных условиях (in vitro). Эта система включает использование определенных методов, реактивов (наборы для клонирования, рестриктазы), тест-объектов и решает такие проблемы как:
- выделение и очистка ДНК (электрофорез);
- культивирование патогенов, например, Salmonella typhi murium;
- создание вектора на основе плазмиды, несущей беспромоторные гены хлорамфеникол- цетилтрансферазы и лактозного оперона;
- заражение лабораторных животных (мыши)
- высев патогенов из животных объектов.
Расположите последовательно этапы данной системы
скрининга антимикробных агентов, учитывая применение:
1. генноинженерных методов при получении набора различных плазмид,
2. набора различных штаммов E.coli с разными частями генома сальмонеллы,
3. индикаторной среды для отбора нужных колоний.
Прокомментируйте результаты и возможности применения данной системы в поиске антимикробных агентов, как лекарственных средств.
Задача 5
При получении штаммов суперпродуцентов аминокислот, например, треонина или лизина используют такие микроорганизмы как Esсherichia coli, Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Bacillus subtilis. В одном случае биосинтез аминокислоты идет одновременно с ростом биомассы (путь получения аминокислоты одностадийный), в другом случае - сначала идет рост биомассы, потом синтез аминокислоты (путь - двухстадийный).
В данной ситуации получения аминокислот обоснуйте:
1. преимущества биосинтеза перед оргсинтезом и подбор соответствующих микроорганизмов для получения штаммов - продуцентов, способных к сверхсинтезу нужной аминокислоты, если конечным продуктом будет лизин или
треонин;
2. выбор пути биосинтеза для лизина или треонина и особенности питательных сред;
3. условия ферментации (подготовительная стадия и биосинтез).
Задача 6.
Одно из существенных мест на фармацевтическом рынке занимают стероидные гормоны, являющиеся не только жизненно-важными, но и использующиеся как лекарственные средства, обладая большой широтой спектра и высокой избирательностью физиологического воздействия. Известно, что с момента установления структуры основных стероидных гормонов, как метод получения лекарственных препаратов этих соединений стали применять биотрансформацию.
Проанализируйте:
1. зависимость биологической активности от структуры стероидных гормональных препаратов;
2. достоинства и недостатки сырья, используемого при получении гормональных стероидных препаратов;
3. возможности использования биотрансформации при
получении наиболее ценных гормональных препаратов.
Задача 7.
Как известно, производство витамина B12 (кобаламин) является чисто биотехнологическим способом его получения, когда в качестве продуцента данного витамина используются пропионовые бактерии из рода Propionibacterium, выращиваемые на богатой среде в определенных условиях ферментации и обязательным добавлением предшественника витамина В12 - 5,6-диметилбензимидазола (5,6-ДМБ).
В этой ситуации:
1. сделайте оптимальный выбор метода ферментации и условий
ее проведения;
2. докажите необходимость добавления 5,6 ДМБ в определенное время после начала ферментации и предупредите образование коферментной формы витамина В 12;
3. предложите методы выделения и очистки данного витамина, учитывая локализацию его накопления.
Задача 8.
Иммунобиотехнология, как наука и производство с одной стороны, предлагает средства для усиления иммунной защиты организма в ответ на различные неблагоприятные факторы окружающей среды - это вакцины, сыворотки, рекомбинантные интерфероны, интерлейкины и другие цитокины, а с другой стороны, путем широкого применения моноклональных антител, решает такие актуальные для фармации задачи, как безопасность и контроль качества лекарственных препаратов.
Выберите иммунобиопрепаратыдля усиления иммунногоответа:
1. пассивного специфического типа воздействия;
2. пассивного неспецифического типа воздействия;
3. активного типа воздействия.
Прокомментируйте возможности использования моноклональных антител в решении проблемы безопасности лекарственных средств.
Задача 9
Применение иммобилизованных ферментов и белков в медицине открывает новые возможности создания эффективных лекарственных средств.
Продемонстрируйте возможности и достоинства гидролаз при
модификации таких широко применяемых антибиотиков как пенициллины и цефалоспорины на основании:
1. уникальных свойств гидролитических ферментов и определенных изменений в структуре данных антибиотиков, связанных с получением более эффективных аналогов;
2. сравнения химического пути трансформации с
биокаталитической технологией;
3. производственных результатов получения этих антибиотиков
как целевых продуктов.
Задача 10
Одна из инфекционных клиник закупила партии пенициллина и стрептомицина. Через некоторое время в аптеку пришли представители клиники с жалобой на отсутствие терапевтического эффекта почти у всех больных клиники. После проверки в лаборатории было установлено, что препараты не фальсифицированы и соответствуют качеству стандартной продукции.
Проанализируйте данную ситуацию с точки зрения:
1. возможных механизмов антибиотикорезистентности у микроорганизмов и генетических аспектов явления «инфекционной резистентности» или «госпитальной инфекции»;
2. возможных механизмов индукции беталактамаз (PBPs -2 и PBPs-3) и их ингибирования;
3. разрешения данной ситуации.
Задача 11.
Определите оптимальные параметры ведения процесса биосинтеза противоопухолевого антибиотика рубомицина на основе анализа табличных данных и охарактеризуйте процесс биосинтеза с точки зрения его результатов и применения данной ферментационной среды, то есть, является ли её состав оптимальным в данном случае? Если нет, - то, что необходимо изменить?
Аппарат Chemap 1
Состав среды (%):
Крахмал картофельный - 6,5;
Соевая мука - 1,7;
Глюкоза -1,5;
(NH4)2SO4 -0,4;
К2НРО4 -0,01;
СаСО3 -0,5;
рН перед посевом -7,1
Показатели ведения процесса в аппарате Chemap 1 с использованием крахмальной среды
| № пробы | Ча-сы рос-та | Био-масса % | рН | Углеводы общие | Глюко-за | Глю-коза | РО2 | Активность М кг/мл |
| - | 7,1 | 6,55 | 1,56 | 86,8 | ||||
| 6,9 | 6,22 | 1,56 | 86,8 | |||||
| 6,9 | 5,98 | 84.0 | ||||||
| 6,5 | 5,36 | - | 81,2 | 306,6 | ||||
| 7,0 | 4,31 | - | 53.2 | 297,3 | ||||
| 8,2 | 4,31 | - | 89,6 |
Сделайте обобщающий вывод оптимальных изменений, позволяющий произвести максимальное количество антибиотика.
При характеристике процессов используйте ключевые моменты:
1. Продолжительность лаг фазы----- часов, в этот период (не) наблюдается--------.
2. Прирост биомассы максимальный на -----часы роста, фаза роста (трофофаза продолжается до ------ часов от начала процесса и характеризуется: значение рН ----, азот, углеводы, интенсивность дыхания).
3. Начало синтеза антибиотика совпадает со снижением--------.
4. Биомасса на ----- часов, торможение прироста биомассы совпадает---------.
5. Максимальная скорость биосинтеза совпадает с--------.
При выборе оптимальных условий процесса следует принять во внимание:
1. Исчерпание компонентов среды, с учетом скорости потребления.
2. Зависимость роста биомассы от удельной активности продуцента.
3. Изменение параметров биосинтеза при окончании процесса.
4. Возможность продления процесса (для увеличения выхода антибиотика), применяя подпитку (каким
компонентом среды и предположительно какую концентрацию его следует поддерживать на протяжении процесса с учетом представленных данных).
Задача 12
Определите оптимальные параметры ведения процесса биосинтеза противоопухолевого антибиотика рубомицина на основе анализа табличных данных и охарактеризуйте этот процесс биосинтеза с точки зрения его результатов и применения данной ферментационной среды, то есть, является ли её состав оптимальным в данном случае? Если нет, - то, что необходимо изменить?
Аппарат Chemap 2.
Состав среды (%):
Гороховая мука - 3;
| Сахароза | -7 |
| NaCL | -0,4 |
| КСL | -0,04 |
| К2НРО4 | -0,08 |
| (NH4)2SO4 | -0,4 |
| СаСО3 | -0,8 |
рН перед посевом - 7,41
Показатели ведения процесса в аппарате Chemap 2 с использованием сахарозно-гороховой муки
| № про-бы | Ча-сы рос-та | рН | Био-масса % | Углеводы общие | Глюко-за | Азот | РО2 | Актив-ность М кг/мл |
| 7,15 | 5,57 | 0.88 | 114,8 | 50,7 | ||||
| 7,07 | 5.54 | - | 160,6 | |||||
| 6,7 | 4.0 | - | 81,2 | 335,8 | ||||
| 6,75 | 3.41 | - | 552,8 | |||||
| 6,75 | 2.32 | - | 8,4 | 685,8 | ||||
| 6,6 | 0.9 | - | 1,02 |
Сделайте обобщающий вывод оптимальных изменений, позволяющий произвести максимальное количество антибиотика.
При характеристике процессов используйте ключевые моменты:
1. Продолжительность лаг фазы ------ часов, в этот период (не) наблюдается --------.
2. Прирост биомассы максимальный на ------- часы роста, фаза роста (трофофаза продолжается до-----часов от начала процесса и характеризуется: значение рН -----, азот, углеводы, интенсивность дыхания).
3. Начало синтеза антибиотика совпадает со снижением---------.
4. Биомасса на------часов, торможение прироста биомассы совпадает---------.
Максимальная скорость биосинтеза совпадает с---------.
При выборе оптимальных условий процесса следует принять во внимание:
1. Исчерпание компонентов среды, с учетом скорости потребления.
2. Зависимость роста биомассы от удельной активности продуцента.
3. Изменение параметров биосинтеза при окончании процесса.
4. Возможность продления процесса (для увеличения выхода антибиотика), применяя подпитку (каким
компонентом среды и предположительно какую концентрацию его следует поддерживать на протяжении процесса с учетом представленных данных).
Задача 13.
Биотехнология как наука и производство основана на использовании определенных агентов и процессов для воздействия на живую природу с целью получения ценных продуктов, в том числе, и лекарственных средств (ЛС).
В части анализа роли биотехнологии для современной фармации:
1. Сравните, что отличает современную биотехнологию в ее историческом развитии. Приведите схему биотехнологического производства.
2. Расшифруйте, что понимают под терминами «агенты» и «процессы» в биотехнологии?
3. Представьте на конкретных примерах возможности воздействия на живую природу для получения лекарственных средств.
4. Задача 14.
Существуют вполне определенные требования и условия, необходимые для создания и развития биотехнологического производства ЛС. В частности, это касается проблемы выбора биообъектов для масштабирования производства. Имеются существенные различия между «диким» штаммом и промышленным штаммом. Штамм обладает вполне конкретными свойствами природного характера, а производственный процесс имеет свои требования к этому штамму. Существуют способы воздействия на «дикий» штамм с целью удовлетворения требований производства ЛС.
Проанализируйте данную ситуацию с точки зрения:
1. представления о биообъекте и его функциях;
2. соответствия свойств продуцента требованиям производства ЛС и проблемы безопасности при работе с продуцентами;
3. применения конкретных методов преобразования биообъекта для дальнейшего использования его в создании новых продуцентов ЛС.
Задача 15.
Как известно, при использовании клеточной инженерии в создании новых продуцентов широко применяется методика протопластирования (получения протопластов) как процесса конструкции гибридных структур.
В плане решения задачи получения новых продуцентов, как
источников новых ЛС, предложите:
1. схему получения протопластов и гибридных структур на основании понятия сущности клеточной инженерии;
2. условия сохранения протопластов;
3. конечные цели, достигаемые с помощью продуктов
гибридной природы.
Задача 16
В современной биотехнологии при создании ЛС особое место отводится генной инженерии, суть технологии которой заключается в искусственном соединении отдельных фрагментов ДНК in vitro с последующим введением изолированной ДНК в живую клетку с целью получения рекомбинантных белков. Для осуществления этого необходимы определенные условия, наличие транспортного устройства для внесения ДНК в клетку продуцента, использование ферментов для включения нового гена. Генная инженерия оперирует такими понятиями как вектор, рестриктазы, «липкие концы», сайт узнавания, лигазы, ген-маркер, компетентность клетки, экзон, интрон.
С представленных общих позиций по генной инженерии сформулируйте конкретные условия для осуществления генной инженерии то есть:
1. расшифруйте понятие «вектор» и пути его введения в клетку, предложите ферменты, работающие в этой ситуации;
2. предложите технику генноинженерного эксперимента
(стадии);
3. сравните процесс образования мРНК у эукариот и прокариот.
Задача 17.
Появление таких новых дисциплин как геномика и протеомика является настоящим прорывом в биологии и имеет большое значение в создании новых, более эффективных ЛС. Если геномика обозначает совокупность всех генов организма, то протеомика подразумевает совокупность всех каталитических и структурных белков в клетке эукариота и прокариота. Задача геномики - это полная генетическая характеристика именно всей клетки; она позволяет выразить сущность организма, его видовые и индивидуальные отличия, предвидеть реакцию на внешние воздействия. Геномика имеет свою классификацию, открывает новые возможности для генотерапии, создания нетрадиционных лекарственных средств, например, таких как антисмысловые олигонуклеотиды.
В свете представленной краткой информации приведите:
1. классификацию геномики с обозначением соответствующихзадач;
2. возможности генотерапии;
3. ситуации возможного применения антисмысловых олигонуклеотидов.
Задача 18
Современный скрининг ЛС предполагает получение новых ЛС более эффективных и менее безопасных. Скрининг, как метод, предполагает поиск и отбор продуцентов, с помощью которых можно получать новые ЛС с достаточной степенью функциональной активности, определяемой по биологическим тестам с дальнейшей расшифровкой химической структуры и механизма действия. Скрининг можно проводить в классическом варианте или на генном уровне.
Проанализируйте последние достижения геномики и протеомики, помогающие в решении проблем поиска новых эффективных и безопасных ЛС. В ответе используйте:
1. современные данные о последних достижениях геномики и протеомики,
2. понятие таргетного скрининга,
3. международные программы поиска «ivi» генов
Задача 19
Резистентность сегодня является настолько серьезной проблемой лекарственной терапии, что грозит вернуть человечество к «до- антибиотической эре». Особенно опасна в этом смысле плазмидная резистентность. Известно, что плазмида -внехромосомный фактор наследственности, способна самостоятельно реплицироваться в клетке независимо от процесса деления клетки. Плазмида - носитель генов информации (всего около 30 генов). Плазмиды могут содержать гены резистентности к разным антибиотикам, которые легко передаются из клетки в клетку при коньюгации. Гены беталактамаз, особенно цефалоспориназ могут локализоваться и в бактериальной хромосоме. Резистентность может существовать и за счет генов клетки, делающих мембрану непроницаемой для антибиотиков.
В свете обозначенной проблемы представьте:
1. схему развития плазмидной резистентности и первоисточник
генов резистентности;
2. способы преодоления резистентности,
3. различие хромосомной и плазмидной локализации структурных
генов беталактамаз, роли коньюгативных транспозонов в
проявлении резистентности и возникновении госпитальной
инфекции.
Задача 20.
Как известно, под названием «антибиотики» объединены вещества, образуемые одними микроорганизмами для подавления роста других микроорганизмов. Но антибиотики можно рассматривать или классифицировать и по технологии их получения, и по терапевтическому эффекту в отношении конкретных заболеваний. Кроме того, антибиотики в какой-то мере сопоставимы и с антисептиками.
Проанализируйте варианты подхода к определению и
классификации антибиотиков и подтвердите конкретными примерами, представьте также:
1. варианты скрининга антибиотиков;
2. оценки антибиотической активности;
3. сравнения с антисептиками (использование, достигаемые цели, механизм действия).
Задача 21.
Важнейшая группа антибиотиков, образуемых плесневыми грибами - пенициллины и цефалоспорины, объединенные под общим названием беталактамных антибиотиков, достаточно широко представленных на фармацевтическом рынке.
Проведите анализ беталактамных антибиотиков с
точки зрения:
1.продуцентов, химической структуры и биологической
активности;
2. биологической роли антибиотиков для продуцентов и
механизмов защиты продуцентов от антибиотиков;
3. механизма биосинтеза и механизма действия на
бактериальную клетку.
Задача 22.
Актиномицеты являются продуцентами огромного количества антибиотиков. Ряд видов из рода Streptomyces и Micromonospora образуют антибиотики аминогликозидной структуры. Кроме природных аминогликозидов в медицинской практике используются синтетические аминогликозидные антибиотики.
Проанализируйте аминогликозидные антибиотики, исходя из:
1. их сравнительной характеристики в соответствии со
структурой, биологической активностью и
практическим применением;
2. отличия актиномицетов от бактерий и грибов;
3. механизма действия, выделяя при этом наиболее
токсичные структуры.
Задача 23
Весьма существенную роль для продвижения антибиотика в производственную сферу играет возможность проведения сравнительной идентификации антибиотика на начальных этапах исследования в части их функциональной активности как антибактериальных ЛС.
В условиях поставленной задачи предложите:
1. метод и варианты проведения сравнительной
идентификации, оценку антимикробной активности
антибиотика;
2. способы выделения антибиотика из культуральной
жидкости;
3. проведение количественной оценки.
Задача 24.
Биотехнологическое производство в фармацевтической промышленности - это система устройств периодического или непрерывного действия. С позиции системного подхода можно реально оценить соответствие конкретного устройства целям и задачам этого производства во взаимосвязи всех слагаемых процесса для достижения конечного результата.
В свете представленных задач производственного
процесса в анализе ситуации используйте:
1. технологическую схему производства с разделением ее на подготовительную и основную части реализации и их краткой характеристикой;
2. классификацию биосинтеза по технологическим
параметрам;
3. реализацию системного подхода в зависимости от цели и поставленной задачи с выбором типа ферментационного процесса.
Задача 25.
Биосинтез ЛС или БАВ в условиях производства требует создания стерильных условий при многостадийности всего процесса в целом. При этом для успешного осуществления биосинтеза необходимо не допустить контаминации целевого продукта.
В условиях поставленной задачи определите:
1. в чем выражается многостадийность биосинтеза;
2. способы предотвращения контаминации целевого продукта;
3. схему очистки воздуха, используемого в процессе биосинтеза.
Задача 26
Несмотря на то, что в основе современной инженерной энзимологии лежит применение ферментов и ферментных систем, технологическое использование ферментов имеет вполне конкретные ограничения: лабильность ферментов, дороговизна и большая трудоемкость в их очистке, однократность их использования, в ряде случаев наличие коферментов.
Проанализируйте ситуацию с предложениями и
обоснованием:
1. путей преодоления этих ограничений;
2. совершенствования технологического процесса;
3. сопоставления функции биообъекта с технологической операцией и расшифруйте понятие «система, открытая для усложнения».
Задача 27.
Правила GMP - это руководящий нормативный документ международного значения, которому должны подчиняться как отдельные фирмы, так и всё производство фармацевтических препаратов и ЛС в целом. Это правила организации и контроля производства, которые составляют единую систему требований качества выпускаемой продукции. Все производства, интегрированные в международный рынок ЛС и медицинских препаратов, выпускающие готовые лекарственные формы и любую продукцию медицинского назначения, включая субстанции, обязаны работать по этим правилам. В тоже время каждая страна, производящая ЛС имеет свою государственную фармакопею как руководящий законный документ проверки качества той или иной медицинской продукции.
Проведите сравнительный анализ:
1. правил GMP и государственных фармакопеи с позиций требований при экспорте фармацевтической продукции;
2. необходимости проведения валидации, как любого фармацевтического производства, так и биотехнологической продукции в частности;
3. правил международного значения для получения достоверных данных о проведенных испытаниях и безопасности ЛС.
Задача 28.
Иногда в клиниках или больницах наблюдается явление внутрибольничной инфекции, когда успешно применяемые там антибиотики перестают оказывать терапевтическое действие, вызывая явления антибиотикорезистентности. В этом случае эти ЛС не относятся ни к нестандартной, ни к контрафактной продукции).
В условиях этой проблемы:
1. проанализируйте ситуацию, когда гены резистентности присутствуют у почвенных микроорганизмов - продуцентов антибиотиков и могут передаваться патогенным микроорганизмам;
2. сравните хромосомную и плазмидную локализацию структурных генов беталактамаз;
3. предложите пути преодоления этой резистентности на примере беталактамов и цефалоспоринов.
Задача 29
Метод биотехнологии получения ЛС на основе культур клеток растений имеет широкое распространение, поскольку в сравнении с получением биомасс растительных культур в дикой природе или с плантаций, он отличается высокой рентабельностью, экологичностью, независимостью от географии и климата произрастания того или иного растения, а также обеспечивает высокое качество целевого продукта, стабильность производства и возможность управления процессами (автоматизацию). Всё вышеперечисленное указывает на высокую перспективность этого метода и его дальнейшее развитие.
Анализируя данную ситуацию:
1. представьте технологии получения лекарственных препаратов растительного происхождения с конкретными примерами, (обращая внимание на специфику растительных клеток, фазы роста, питательные среды, условия ферментации и типы биореакторов);
2. сопоставьте стабильность по выходу вторичных метаболитов с дифференцировкой клеток и со стадией культивирования (фазы роста клеток).
3. предложите метод использования ферментов для превращения дигитоксина в дигоксин (последний менее токсичен и поэтому применяется в качестве сердечного препарата - карденолида).
Задача 30.
В настоящее время существует проблема недостаточной эффективности хорошо зарекомендовавших себя ранее ЛС (это и беталактамные препараты, и цефалоспорины 1,2,3 поколения), вследствие развития к ним антибиотикорезистентности, что, в конечном счете, приводит к необходимости постоянного поиска новых ЛС. Антибиотикорезистентность может возникнуть за счет изменения конформации внутриклеточной мишени, изменения проницаемости мембраны бактериальной клетки, ферментативной инактивации антибиотиков, активного (энергозависимого) выброса антибиотиков.
Проведите анализ беталактамных и аминогликозидиых (на
конкретных примерах) антибиотиков, имеющих широкое
применение в клинической практике, с точки зрения:
1. механизма возникновения резистентности;
2. сравнения хромосомной и плазмидной резистентности, влияния коньюгативных транспозонов в этом процессе;
3. возникновения полирезистентности микроорганизмов и «госпитальной инфекции».
Задача 31
Важнейшие группы антибиотиков, образуемых грибами - пенициллины и цефалоспорины известны также под общим названием беталактамные антибиотики, так как структура, от которой зависит их антимикробная активность - это весьма реакционноспособное четырехчленное беталактамное кольцо (циклический амид). В этом кольце происходит замыкание связи между углеродом карбоксильной группы аминокислоты и азотом аминогруппы при бетауглеродном атоме. Беталактамные антибиотики образуются двумя родами плесневых грибов, среди которых широко известны два продуцента беталактамов. На основе природных пенициллинов и цефалоспоринов получены также и их полусинтетические аналоги.
Проведите анализ беталактамных антибиотиков с позиций:
1. механизма образования (биосинтеза), на примере пенициллина;
2. химической структуры, биологической активности и механизма действия;
3. требований к производству этих антибиотиков согласно правилам GMP.
Задача 32
В настоящее время доказано, что полностью избавиться от генов резистентности невозможно, однако бороться с этим явлением можно.
Обоснуйте необходимость периодического обновления
номенклатуры антибиотических препаратов на основе:
1. целенаправленной химической трансформации природных антибиотиков на примере беталактамных и аминогликозидных антибиотиков;
2. информации о системах активного выброса антибиотиков из
клетки;
3. данных о MDR, об образовании инактивирующих антибиотики изоферментов, о фенотипах опухолей и возможности борьбы с резистентностью опухолей.
Задача 33
У патогенных микроорганизмов открыты гены «существенные» для инфекционного процесса, но «не существенные» при росте в искусственных условиях, на искусственных питательных средах (in vitro). Это гены «ivi» - гены вирулентности не поддаются идентификации и не могут быть, таким образом, использованы как таргеты (мишени) при поиске новых антибактериальных ЛС.
Докажите существенность гена - мишени при поиске новых ЛС, используя понятия:
1. hоuse keeping гены;
2. ivi гены;
3. система IVET - как часть международных геномных исследований.
Задача 34
В основе любого производства фармацевтических препаратов, в том числе и биотехнологического, должна быть заложена рентабельность, стабильность, надежное качество. Вместе с тем ЛС должны быть эффективны и безопасны при применении.
Проанализируйте достижение поставленных целей на примере:
1. сочетания биосинтеза и органического синтеза при производстве беталактамов и аминогликозидов;
2. производства Д-циклосерина, аминокислот, витаминов;
3. левомицетина.
Задача 35
Витамины, как группа незаменимых органических соединений различной химической природы, необходимы любому организму в небольших концентрациях с целью выполнения в нем каталитических и регуляторных функций. С помощью биотехнологии сегодня можно получать в необходимых количествах такие витамины, как В2, B12, β-каротин, витамин РР, эргостерин, аскорбиновую кислоту.
Проведите сравнительный анализ получения вышеуказанных
витаминов с помощью биотехнологии принимая во внимание:
1. биообъекты, которые используются в каждом конкретном
случае;
2. получение суперпродуцентов по рибофлавину и витамину
В12,
3. преимущества биотехнологического производства витаминов.
Задача 36
Особенно заметно достоинства биокатализаторов проявляются при модификации пространственной структуры стероидных соединений. Долгое время микробиологическая трансформация относилась исключительно к специфическим методам химии стероидов. Внедрение методов микробиологического синтеза для получения БАВ различной химической структуры вызвало бурное развитие фармацевтической промышленности, позволив многократно удешевить ценные лекарственные препараты.
Проанализируйте возможность биоконверсии
(биотрансформация, биокатализ) на примере получения
гормональных препаратов: гидрокортизона и преднизолона
с выбором:
1. источников сырья для производства ЛС стероидной структуры (специфический циклический скелет);
2. основных реакций биотрансформации;
3. технологических параметров ферментационного процесса (прокомментируйте явление сочетания высокого выхода целевого продукта по субстрату в процентном отношении и низкой производительности ферментации).
Задача 37
Наукоемкое и высокоэффективное биотехнологическое производство, являясь мало энергозатратным, дает возможность значительно уменьшать количество отходов, при этом самих природных ресурсов расходуется незначительное количество. Так потребление ресурсов (энергии) составляет всего 0,6-1% от всей промышленности, потребление воды 0,01%, выброс вредных веществ в атмосферу - также невелик. Вместе с тем огромное значение биотехнология имеет в поддержании экологического равновесия в природе, несмотря на агрессивную политику человека в ее отношении в целом.
Учитывая приведенную информацию проанализируйте использование биотехнологии в решении экологических задач в части:
1. совершенствования самого биотехнологического
производства;
2. очистки газообразных, жидких и твердых отходов;
3. использования «активного ила» и «штаммов-деструкторов».
Задача 38
Востребованность препаратов на основе живых культур микроорганизмов-симбионтов (нормофлоры, пробиотики) не вызывает сомнений. Эта продукция относится к чисто биотехнологическому производству, а рынок этих препаратов имеет тенденцию к расширению и даже в какой-то степени конкурирует с антибиотиками.
Охарактеризуйте препараты живых культур
микроорганизмов, учитывая:
1. свойства пробиотиков; мик