Produção de Penicilina por Fermentação

Prévia do material em texto

PROCESSO DE OBTENÇÃO DE PENICILINA
Universidade Regional de Blumenau 
Centro de Ciências Tecnológicas 
Engenharia Bioquímica II 
Introdução
 A penicilina é um antibiótico natural derivado do bolor produzido pelo fungo Penicillium chrysogenum. Foi o primeiro antibiótico a ser utilizado com sucesso pela medicina.
Objetivo
Este trabalho tem como objetivo apresentar o processo de produção de um bioproduto, destacando a etapa de purificação por extração com solvente da Penicilina G. Também será discutido sobre a descoberta da penicilina e a forma como é hoje em dia produzida industrialmente. 
História
Em 1928, Alexander Fleming, médico e bacteriologista escocês, descobriu a penicilina, um antibiótico natural derivado de um fungo (gênero Penicillium), que revolucionou a medicina desde então.
Em seu laboratório, Alexander tinha diversas placas de petri contendo cultura de alguns microorganismos para estudos. Em uma cultura de Staphylococcus Aureus, o grande causador de infecção generalizada, Fleming, percebeu algo estranho. A placa havia sido infectada por bolores, e em sua volta, não havia nenhuma bactéria.
História
Isolando este tipo de fungo, descobriu-se que era do gênero Penicillium, e a substância produzida por ele, tinha efeito bactericida. 
Esta substância foi então chamada de penicilina, sendo caracterizada por impedir a produção das moléculas de carbono que são responsáveis pela formação da membrana da bactéria.
História
Em 1940 foi comprovado as suas qualidades antibióticas em ratos infectados, assim como a sua não-toxicidade. 
Em 1941 os seus efeitos foram demonstrados em humanos.
Mecanismo de ação
A penicilina tem sua ação antibiótica ao inibir a síntese da parede celular bacteriana, ocasionando a perda da estrutura de proteção e estabilidade mecânica da bactéria, o que causa a ruptura da membrana plasmática. 
O principal mecanismo de resistência de bactérias à penicilina baseia-se na produção de Beta-lactamases, enzimas que degradam a penicilina impedindo sua ação. Outro mecanismo de ação da penicilina é a inativação do inibidor das enzimas autolíticas na parede celular. Isto dá, como resultado, a lise celular (processo de ruptura ou dissolução da membrana plasmática).
Classificação das Penicilinas
Penicilinas naturais: Neste grupo estão à penicilina G e a penicilina V. São eficazes no combate a estreptococos dos grupos A e B, contra sífilis e outras doenças.
Aminopenicilinas: Foram às primeiras penicilinas com atividade contra bactérias Gram-negativas. Pertencem a esta classificação a amoxicilina e ampicilina.
Penicilinas resistentes à penicilinase: Nesta categoria as penicilinas são modificadas quimicamente e possuem uma cadeia lateral para inibir a ação da penicilinase. Como exemplo, pode-se citar a isoxazolilpenicilinas. 
Classificação das Penicilinas
Carboxipenicilinas: A carbenicilina e a ticarcilina estão presentes neste grupo. Principalmente na ticarcilina, nota-se alguma atividade antipseudomonas.
Ureidopenicilinas: A azlocilina, mezlocilina e piperacilina, são consideradas penicilinas de maior espectro. Também são eficazes no combate a bactérias Gram-Negativas e enterococos.
Classificação das Penicilinas
Penicilina G (PENG)
 A penG ou benzilpenicilina é o derivado benzílico do 6-APA, apresentado sob a forma de sal alcalino sódico ou potássico. 
Apresentam-se como um pó cristalino, branco, inodoro, facilmente solúvel em água, muito higroscópico e instável em solução aquosa devido ao seu anel lactâmico. 
Funde-se a 215°C.
Sua forma neutra é pouco solúvel em água. É um ácido orgânico fraco. 
A concentração da sua forma ionizada (polar) varia com o pH e, consequentemente, varia sua solubilidade em água.
Processo de Produção
Através da penicilina, que há mais ou menos 60 anos a indústria farmacêutica de produção de antibióticos por fermentação nasceu, sendo frequentemente utilizada como exemplo de uma biotecnologia estabelecida.
Etapas do processo de produção
Seleção de estirpes;
Otimização à escala laboratorial das condições de fermentação;
Teste em instalações piloto;
Solução empírica de problemas de aumento de escala;
Caracterização química e estrutural do composto ativo;
Modificação química do composto ativo;
Teste de formulações em animais e seres humanos;
Produção industrial do antibiótico.
Produção Industrial
A penicilina é produzida industrialmente pelo cultivo aeróbico do fungo Penicillium chrysogenum ou outro, em reatores agitados, com aeração, operados de forma semi-descontínua. 
Extração por filtros rotativos
 
Extração por filtros rotativos
 pH de fermentação (cerca de 6.5) e a cerca de 10°C, é alimentado a filtros rotativos sob vácuo de tipo especial, onde é feita a separação sólido/líquido. 
Durante a filtração o bolo do filtro é lavado com água de modo a que o filtrado emerja do filtro com um rendimento normalmente de 90 – 95%.
A extração da penicilina do caldo filtrado é efetuada com solventes imiscíveis com a água sendo o mais comum o acetato de butilo. 
O pH ótimo de extração situa-se na gama 2 ± 10%. Esta extração é efetuada em contracorrente em extratores contínuos de vários andares sendo o mais vulgar destes extratores o Podbielniak. Conforme as necessidades de caudal e o rendimento requerido podem ser usados grupos de máquinas em série. 
Purificação por extração
A extração líquido-líquido por meio de solventes orgânicos é o processo que vem sendo utilizado na indústria para separação de penG do caldo de cultivo. Os principais solventes utilizados na extração são a acetona, o acetato de amila, o acetato de butila, o hexano, entre outros.
Na extração da penicilina, utilizam-se extratores com três estágios operando em contracorrente
Etapa de cristalização
Neste processo o acetato de butilo rico em penicilina é primeiro descolorado com carvão ativado o qual é removido por filtração. O solvente purificado é colocado em uma solução de bicarbonato de potássio. As duas fases, orgânica e aquosa, após um período de contato adequado são separadas em um separador centrífugo líquido/líquido. 
A fase aquosa que contém a penicilina extraída numa concentração de cerca de 550.000 U/ml é então processada para cristalização da penicilina do seguinte modo: cerca de 4 volumes de n-butanol são adicionados à solução aquosa rica em penicilina e procede-se de seguida à destilação da mistura a baixa pressão e a baixa temperatura para não degradar a penicilina. 
Etapa de cristalização
À medida que prossegue a destilação a água vai sendo removida até que se atinge a situação em que o butanol existente no evaporador/cristalizador tem uma humidade inferior a 1%. A operação de destilação é então terminada e a suspensão dos cristais de penicilina potássica é enviada para filtros adequados. Após filtração os cristais são lavados com butanol e depois de secos com ar no filtro são descarregados para secadores. Após secagem são peneirados, misturados, embalados e analisados.
Etapa de cristalização
Com a realização deste trabalho pesquisamos e aprendemos um pouco sobre o funcionamento e características da produção desse bioproduto.
Percebemos que a descoberta e posterior fabricação da penicilina foi muito importante para o desenvolvimento da indústria farmacêutica.
Também foi possível notar que apesar de ser um processo já bastante consolidado, ainda é possível desenvolver mais a tecnologia.
Conclusão
Referência
Alexander Fleming e a descoberta da penicilina. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=1676-2444200900050001. Acesso: 18 de Junho de 2015.
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAMGkAF/producao-penicilina. Acesso em: 27/11/15
MENEZES, José; ALVES, Teresa; CARDOSO, Joaquim. Biotecnologia Microbiana: A Produção De Penicilina. 
http://rodrigojonatas603.blogspot.com.br/2010_06_01_archive.html. Acesso em: 27/11/15
http://www.dw.com/pt/bayer-comemora-150-anos/g-16992481http://www.invivo.fiocruz.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=812&sid=7.Acesso em: 27/11/15