TA918C (1s2024) - Producao biotecnologica de antibioticos

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Prof. Andreas K. Gombert 
(BASEADO EM AULA PREPARADA E GENTILMENTE CEDIDA PELO 
PROF. MARCUS FORTE) 
TA918C - Microbiologia e 
Fermentações
Aula 12 - 20/06/2024 
PRODUÇÃO BIOTECNOLÓGICA DE ANTIBIÓTICOS
Referência
• SCHMIDELL (2001), v. 3: 
 Cap. 5
Escopo
1. Introdução 
2. Antibióticos β-Lactâmicos 
 2.1. Penicilinas; 
 2.2. Cefalosporinas.
• Classificação
• Aplicação
o Terapêutico
• Antibióticos de amplo espectro (quimioterapia) / espectro reduzido 
o Doenças de plantas 
o Preservantes de alimentos 
o Veterinário (estimulante de crescimento animal) 
o Bioquímica e Biologia Molecular
• Problema!!!
• Metabolismo secundário
Exemplo de um Bioprocesso Industrial: produção de cefalosporina (antibiótico)
Purificação ou Downstream
Upstream
2. Antibióticos β-Lactâmicos
• Penicilina
• Fleming (1929), St Mary’s Hospital (London) 
• Penicillium notatum 
• 1940: produção em escala industrial (após estudos em Oxford) 
• Produção aumenta na II Guerra Mundial 
Penicillium chrysogenum (cepa Wisconsin) Penicillium chrysogenum (cepa NRRL)
Cepa de Fleming (P. notatum ~2 UI/mL) —> cepas modernas (P. chrysogenum ~85.000 UI/mL)
o Síntese da parede celular bacteriana 
o Ligação com PBP (Penicilin Binding Protein) 
• Ação
• Responsáveis pela síntese do peptídoglicano
• Inibição da Atividade Enzimática = MORTE
Penicilina e Lisina: compartilham via biossíntética
• Biossíntese
• Retroinibidor da homocitrato-sintase 
(síntese do precursor α-AAA)
2.1. Penicilinas
• Produção (Regulação)
o Concentração de Fosfato 
o Repressão Catabólica por Glicose 
o Fermentações originais = Lactose
• Metabolizada lentamente
• Produção (Métodos)
Fermentadores (submersos) de 40.000 a 200.000 L 
kLa = 0,4 a 0,8 mM/L.min 
Q* = 0,5 a 1,0 vvm 
N = 120 a 150 rpm 
T = 25 a 27 ºC
Cultivos em duas fases: 
- crescimento e produção (adição 
de fonte de N) 
- adição de precursor de cadeia 
(ác.fenil acético para penicilina G 
e ác. fenóxiacético para 
penicilina V)
2.2. Cefalosporinas
• Biossíntese
Expandase
Similar a BenzilPenicilina (até isopenicilina-N)
• Produção (Regulação)
o Concentração de Fosfato 
o Carboidratos rapidamente metabolizáveis (glicose, maltose, glicerol) 
o Repressão de Expandase
• Reduzem formação de Cefalosporinas
• Produção (Métodos)
o Similar à produção de Penicilinas 
o Meios complexos 
o Batelada alimentada (pH = 6-7; T = 24-28 ºC)
• água de maceração de milho, extrato de carne, melaço
engenharia metabólica (Delft)
caused a significant reduction of penicillin production and phl-en-
coded phenylacetyl-CoA ligase was estimated to account for
approximately 40% of the total PAA-CoA ligase activity in P. chrys-
ogenum. Like IAT, the enzyme contains a putative PTS1 suggesting a
localization in microbodies (Lamas-Maceiras et al., 2006).
Recently, the ability of P. chrysogenum to produce penicillins at
high titers was exploited to engineer the organism for the synthe-
sis of other b-lactam antibiotics, such as ceph-3-ems, through the
expression of genes from Streptomyces clavuligerus and/or Acremo-
nium chrysogenum (Cantwell et al., 1992, 1990; Crawford et al.,
1995; Kohsaka and Demain, 1976). In such P. chrysogenum strains,
formation of semi-synthetic cephalosporin precursors is achieved
by feeding adipic acid as a side chain. A prominent example is
based on the introduction of the cefE gene from S. clavuligerus,
which encodes an expandase that catalyzes expansion of the b-lac-
tam ring of the intermediate adipoyl-6-aminopenicillanic acid (ad-
6-APA), thus enabling the production of the cephalosporin precur-
sor adipoyl-7-aminodeacetoxycephalosporanic acid (ad-7-ADCA)
by P. chrysogenum, which can be enzymatically converted into
the synthon 7-ADCA (Crawford et al., 1995).
Successful production of adipoyl-7-ADCA and other adipoylated
cephalosporin precursors depend on an acyltransferase that ex-
changes the a-amino-adipic acid moiety of IPN for adipic acid
and on the activation of the latter compound to its CoA thioester
Fig. 1. Pathway for the production of penicillins and cephalosporins in Penicillium chrysogenum.
34 M.J. Koetsier et al. / Fungal Genetics and Biology 47 (2010) 33–42