1-9-1)اکتینومایستها…………………………………………………………………………………………………………….. 26
1-9-1-1) باکتری Saccharopolyspora erythraea ……………………………………………………………. 30
1-10)تقسیم‌بندی آنتیبیوتیکها ……………………………………………………………………………………………. 31
1-10-1) طبقه‌بندی بر مبنای شباهت عمومی ساختار شیمیایی…………………………………………………… 31
1-10-1-1)ماکرولیدها ………………………………………………………………………………………………………… 33
1-10-2) طبقه‌بندی بر اساس مکانیسم عمل……………………………………………………………………………. 35
در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد
ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل
1-10-3)آنتی‌بیوتیک‌های بازدارنده سنتز پروتئین………………………………………………………………………..35
1-11)عوامل تعیین‌کننده حساسیت و مقاومت میکروارگانیسم ها به آنتیبیوتیکها………………………… 36
1-12)انتخاب آنتیبیوتیکها……………………………………………………………………………………………………. 37
1-13)موارد کاربرد آنتیبیوتیکها……………………………………………………………………………………………. 38
1-14)اریترومایسین………………………………………………………………………………………………………………. 38
1-14-1)تاریخچه و منبع………………………………………………………………………………………………………. 38
1-14-2)ساختمان و ویژگی‌های اریترومایسین…………………………………………………………………………. 40
1-14-3)آنتی‌بیوتیک‌های مشتق‌شده از اریترومایسین…………………………………………………………………. 42
1-14-4)فعالیت ضد‌باکتریایی اریترومایسین…………………………………………………………………………….. 43
1-14-5)مکانیسم عمل اریترومایسین……………………………………………………………………………………… 44
1-14-6)کاربردهای اریترومایسین و مشتقات آن………………………………………………………………………. 45
1-14-7)موارد منع مصرف اریترومایسین………………………………………………………………………………… 48
1-14-8)عوارض جانبی اریترومایسین……………………………………………………………………………………. 48
1-14-9) انواع در دسترس……………………………………………………………………………………………………. 49
1-15)میکروارگانیسم های صنعتی………………………………………………………………………………………….. 49
1-16)جداسازی و نگهداری میکروارگانیسم‌ها…………………………………………………………………………. 50
1-17)جداسازی میکروارگانیسم‌های مناسب از محیط……………………………………………………………….. 51
1-18)کلکسیون‌های کشت…………………………………………………………………………………………………….. 52
1-19)نگهداری میکروارگانیسم‌ها…………………………………………………………………………………………… 53
1-19-1)نگهداری در دمای پایین…………………………………………………………………………………………… 53
1-19-1-1) نگهداری روی محیط‌کشت شیب‌دار حاوی آگار…………………………………………………….. 53
1-19-1-2)نگهداری با استفاده از روش ژرف انجمادی……………………………………………………………. 54
1-19-1-3)نگهداری در نیتروژن مایع…………………………………………………………………………………….. 55
1-19-2)نگهداری در حالت بدون آب……………………………………………………………………………………. 55
1-19-2-1)نگهداری در خاک……………………………………………………………………………………………….. 56
1-19-2-2)نگهداری در سیلیکاژل…………………………………………………………………………………………. 56
1-19-2-3)نگهداری در سلولز……………………………………………………………………………………………… 57
1-19-2-4)نگهداری در آب مقطر…………………………………………………………………………………………. 57
1-19-2-5)نگهداری در روغن……………………………………………………………………………………………… 57
1-19-2-6) لیوفیلیزه کردن…………………………………………………………………………………………………… 58
1-20) محیط کشت تخمیر صنعتی…………………………………………………………………………………………. 59
1-21) نیازهای غذایی میکروارگانیسم‌ها………………………………………………………………………………….. 61
1-21-1) کربن……………………………………………………………………………………………………………………. 62
1-21-1-1) عوامل موثر بر انتخاب منبع کربن…………………………………………………………………………. 62
1-21-2) نیتروژن……………………………………………………………………………………………………………. 63
1-21-3) هیدروژن و اکسیژن………………………………………………………………………………………………… 65
1-21-4) مواد معدنی…………………………………………………………………………………………………………… 65
1-22) تنظیم‌کننده‌های متابولیکی…………………………………………………………………………………………… .66
1-23) ضد کف‌ها………………………………………………………………………………………………………………… 66
1-24) طراحی و فرمول‌بندی محیط کشت………………………………………………………………………………. 67
1-25) فرایند تخمیر تولید آنتی‌بیوتیک …………………………………………………………………………………….68
1-25-1) مراحل کلیدی فرایند تولید یک نوع آنتی‌بیوتیک …………………………………………………………68
1-25-2) بخش‌های اصلی فرآیند تخمیری……………………………………………………………………………… 68
1-25-3) تهیه مایع تلقیح و فرایند توسعه آن…………………………………………………………………………… 74
1-25-4) مرحله بذر (Seeding )………………………………………………………………………………………….. 77
1-25-5) مرحله نهایی (مرحله تولید)…………………………………………………………………………………….. 79
1-25-6) تکنولوژی تخمیر آنتی‌بیوتیک………………………………………………………………………………….. 82
1-25-6-1) تخمیر شیک فلاسک………………………………………………………………………………………….. 82
1-25-6-2) فرمانتورهای همزندار…………………………………………………………………………………………. 83
1-25-7) تاثیر دما بر فرایند تخمیر آنتی‌بیوتیک………………………………………………………………………… 84
1-25-7-1) انتقال حرارت و کنترل دما………………………………………………………………………………….. 86
1-25-8) تاثیر pH روی متابولیسم سلول………………………………………………………………………………….87
1-25-9) مرحله شناسایی و استخراج محصول………………………………………………………………………… 89
فصل دوم: مروری بر متون گذشته
پیشینه پژوهش……………………………………………………………………………………………………………………… 91
فصل سوم: مواد و روش‌ها
3-1) میکروارگانیسم مورد استفاده………………………………………………………………………………………….. 97
3-2) معرف‌های رنگی مورد استفاده ……………………………………………………………………………………… 97
3-3) مواد لازم برای سنجش غلظت اریترومایسین……………………………………………………………………. 97
3-3-1) تهیه بافر pH 9.6…………………………………………………………………………………………………….. 97
3-3-2) تهیه بافر pH 4.2…………………………………………………………………………………………………….. 98
3-3-3) تهیه کلرفرم اشباع از بافر pH 9.6 و بافر pH 9.6اشباع از کلرفرم…………………………………. 98
3-3-4) تهیه محلول برمو فنل بلو…………………………………………………………………………………………… 99
3-4) محیطهای کشت اسپوریزاسیون……………………………………………………………………………………… 100
3-4-1) محیط اسپورزایی…………………………………………………………………………………………………….. 100
3-4-1-1) باز کردن آمپول لیوفیلیزه………………………………………………………………………………………. 103
3-4-2) آزمایش ها با محیط‌کشت صنعتی برای تولید اریتروماسین……………………………………………..103
3-4-2-1) مرحله بذردهی (Seeding)………………………………………………………………………………….. 103
3-4-2-1-1)تعیین pH هر کدام از ارلن‌ها…………………………………………………………………………….. 105
3-4-2-1-2) تعیین وزن تر بیومس (PMW )……………………………………………………………………….. 105
3-4-2-1-3)بررسی محیطهای کشت از لحاظ آلودگی ( Contamination test )……………………… 106
3-4-2-2) مرحله تخمیر……………………………………………………………………………………………………….108
3-5) میزان اوره اضافه شده به محیط کشت تخمیر……………………………………………………………………109
3-5-1) اوره………………………………………………………………………………………………………………………..109
3-6) تجهیزات مورد استفاده در آزمایش ها …………………………………………………………………………….113
3-7) روش تهیه سوسپانسیون اسپوری…………………………………………………………………………………….113
3-8) روش سنجش غلظت اریترومایسین در نمونه های تخمیری………………………………………………..114
3-8-1) روش HPLC……………………………………………………………………………………………………………114
3-8-1-1) مقدمه ای بر کروماتوگرافی…………………………………………………………………………………….114
3-8-1-2) فاز ساکن و فاز متحرک…………………………………………………………………………………………118
3-8-1-3) اطلاعات حاصل از یک کروماتوگرام……………………………………………………………………….119
3-8-1-4) کاربردهای کیفی…………………………………………………………………………………………………..120
3-8-1-5) آنالیز کمی……………………………………………………………………………………………………………120
3-8-1-5-1) روش استاندارد خارجی(External Standard)……………………………………………………..120
3-8-1-5-2) روش افزایش استاندارد (Standard Addition)………………………………………………….. 121
3-8-1-5-3) استاندارد داخلی(Internal Standard)…………………………………………………………………121
3-8-1-6) نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………….122
3-8-2) روش TLC (Thin Layer Chromatography )…………………………………………………………..122
3-8-2-1) سیر تحولی و رشد……………………………………………………………………………………………….122
3-8-2-2) کوماتوگرافی لایه نازک (TLC )…………………………………………………………………………….123
3-8-2-3) کاربرد کروماتوگرافی لایه نازک……………………………………………………………………………..125
33-8-3) روش Spectrophotometric……………………………………………………………………………………126
3-8-3-1) با اسپکتروفوومتر آشنا شویم…………………………………………………………………………………..127
3-8-3-2) قانون بیر- لامبرت………………………………………………………………………………………………..128
3-8-3-3) استفاده از اسپکتروفوتومتر……………………………………………………………………………………..128
3-8-4) روش Bioassay………………………………………………………………………………………………………129
3-8-4-1) سنجش میکروبیولوژیک اریترومایسین…………………………………………………………………….131
3-8-4-2) محیط کشت پایه سنجش میکروبیولوژیک اریترومایسین……………………………………………131
3-8-4-2-1) محیط کشت مولر هینتون آگار……………………………………………………………………………132
3-8-4-2-2) محیط کشت مولر هینتون براث………………………………………………………………………….132
3-8-4-3) تهیه مایه تلقیح…………………………………………………………………………………………………….133
3-8-4-4) ایجاد چاهک……………………………………………………………………………………………………….134
3-8-4-5) تهیه بافر فسفات با 8 = pH……………………………………………………………………………………134
3-8-4-6) تهیه محلول های استاندارد…………………………………………………………………………………….134
3-8-4-7) افزودن محلول های آنتی بیوتیک در پلیت ها…………………………………………………………..135
3-8-4-8) اندازه گیری قطر هاله مهار شده……………………………………………………………………………..135
3-8-4-9) حذف و جایگزینی داده های گمراه کننده……………………………………………………………….136
3-8-4-10) رسم منحنی استاندارد…………………………………………………………………………………………136
3-8-5) استخراج اریترومایسین……………………………………………………………………………………………..137
3-8-5-1)تهیه محلول های استاندارد اریترومایسین………………………………………………………………….137
3-8-5-2) تهیه رقت های مایع تخمیر……………………………………………………………………………………139
3-8-5-3) استخراج اریترومایسین از مایع تخمیر……………………………………………………………………..139
3-8-5-4) تشکیل کمپلکس رنگی اریترومایسین با برموفنل‌بلو…………………………………………………..140
3-8-5-5) اندازه‌گیری میزان جذب کمپلکس رنگی اریترومایسین- برموفنل‌بلو……………………………140
فصل چهارم: نتایج
4-1 ) بررسی اثر غلظت30 گرم‌درلیتر آرد‌سویا برروی پارامترهای مورد‌نظر در طی تخمیر……………..142
4-1-1 ) بررسی اثرغلظت30 گرم در لیترآرد سویا برروی pH محیط کشت تخمیر……………………….143
4-1-2 ) بررسی اثرغلظت30 گرم‌درلیترآردسویا برروی درصد وزن‌تر‌بیومس درمحیط تخمیر………….143
4-1-3 ) بررسی اثرغلظت30 گرم در لیترآرد سویا در میزان تولید اریترومایسین……………………………144
4-1-4)بررسی‌اثرغلظت30گرم‌درلیترآردسویابرروی‌مورفولوژی‌باکتری erythraea .S……………………..145
4-2)سنجش‌ومقایسه همزمان پارامترهای مورد بررسی درتمام غلظت‌ها درطی‌فرایند تخمیر……………148
4-2-1 ) سنجش و مقایسه pH در حالت‌های مختلف………………………………………………………………148
4-2-2 )سنجش و مقایسه درصد وزن تر بیومس تولید شده در حالت‌های مختلف……………………….149
4-2-3 )سنجش و مقایسه میزان اریترومایسین تولید شده در حالت‌های مختلف ………………………….150
4-2-4 ) تعیین غلظت بهینه اوره و سویا برای محیط کشت تولید اریترومایسین……………………………151
4-2-4-1)بررسی پارامترهای مختلف برای غلظت بهینه(40% اوره) در تولید اریترومایسین…………….151
4-2-4-1-1) بررسی اثر غلظت بهینه (40% اوره) در میزان تولید اریترومایسین………………………….. 151
4-2-4-1-2 ) بررسی اثر غلظت بهینه (40% اوره) بر روی pH محیط کشت ………………………………152
4-2-4-1-3 ) بررسی اثر غلظت بهینه (40% اوره) بر روی درصد وزن تر بیومس…………………………153
4-2-4-1-4 ) بررسی اثر غلظت بهینه (40% اوره) بر روی مورفولوژی باکتری…………………………….153
فصل پنجم: بحث و پیشنهادها
تاثیر ترکیبات به کار رفته در محیط کشت تخمیر در تولید آنتی بیوتیک ها…………………………………….158
5-1) رابطه بین منابع نیتروژنی استفاده شده در محیط کشت تخمیر و تولید اریترومایسین………………159
5-1-1) مقایسه اثر غلظت های مختلف اوره و سویا به عنوان منبع نیتروژنی بر تولید اریترومایسین…160
5-2) رابطه بین منبع نیتروژنی استفاده شده و pH محیط کشت تخمیر…………………………………………162
5-3) رابطه بین رشد باکتری Saccharopolyspora erythraea و میزان تولید اریترومایسین………..163
5-4) رابطه بین میزان رشد باکتری Saccharopolyspora erythraea وتغییرات بیومس درطی فرایند تخمیر………………………………………………………………………………………………………………………………….165
5-4-1) سینتیک رشد میکروارگانیسم ها………………………………………………………………………………….165
5-5)رابطه بین مورفولوژی سویه Saccharopolyspora erythraea و تولید اریترومایسین…………….169
5-6) برآورد هزینه‌ها…………………………………………………………………………………………………………….171
5-6-1) محاسبه میزان اریترومایسین تولیدی و قیمت تمام شده منبع نیتروژنی سویا دریک bach صنعتی……………………………………………………………………………………………………………………………….172
5-6-1-1) استفاده از 30 گرم در لیتر کنجاله سویا در محیط تخمیر…………………………………………….172
5-6-1-2) استفاده از غلظت بهینه 40% اوره در محیط تخمیر…………………………………………………….173
5-7) پیشنهادها…………………………………………………………………………………………………………………….175
منابع و مراجع……………………………………………………………………………………………………………………..177
چکیده انگلیسی…………………………………………………………………………………………………………………. 184
ضمایم………………………………………………………………………………………………………………………………..185
عنوان فهرست جداول صفحه
جدول (1-1): راهنمای دوزاژ ماکرولیدهای خوراکی…………………………………………………………………..33
جدول (1-2): ویژگی های اریترومایسین…………………………………………………………………………………..40
جدول(1-3): نقش فیزیولوژیکی عناصر غذایی پرمقدار درون سلول و میزان متوسط مورد نیاز………….61
جدول(1-4 ): مهمترین منابع نیتروژن برای تولید تعدادی از متابولیت های ثانویه……………………………65
جدول(1-5): مراحل کلیدی فرایند تولید یک نوع آنتی بیوتیک…………………………………………………….72
جدول (1-6): محدوده بهینه دما برای گروه های باکتریایی………………………………………………………….85
جدول (3-1) : ترکیبات محیط کشت اسپورزایی……………………………………………………………………….101
جدول(3 -2): ترکیبات محلول میکروالمنت …………………………………………………………………………..101
جدول (3-3): ترکیبات محیط کشت بذردهی ………………………………………………………………………….104
جدول (3-4): محیط کشت مرحله تخمیر………………………………………………………………………………..108
جدول(3-5): خصوصیات اوره……………………………………………………………………………………………….111
جدول(3-6): آنالیز اوره…………………………………………………………………………………………………………112
جدول(3-7): غلظت‌های اریترومایسین در حجم‌های استاندارد اریترومایسین و حجم‌های مورد نیاز برای
تهیه آنها……………………………………………………………………………………………………………………………..139
جدول ( 4-1 ) : غلظت‌های مختلف اوره و سویا استفاده شده در حالت‌های مختلف………………………148
عنوان فهرست نمودارها صفحه
نمودار ( 4-1): تغییرات pH در طی فرایندتولید اریترومایسین در محیط کشت حاوی 30 گرم در لیتر آرد سویا…………………………………………………………………………………………………………………………………….143
نمودار(4-2): تغییرات درصد وزن تر بیومس در طی فرایند تخمیر در محیط حاوی 30گرم در لیتر آرد سویا…………………………………………………………………………………………………………………………………….143
نمودار( 4-3) : میزان اریترومایسین تولید شده در روزهای مختلف تخمیر در غلظت 30 گرم در لیتر آرد سویا…………………………………………………………………………………………………………………………………….144
نمودار(4-4): تغییرات pH محیط کشت در طی فرایند تخمیر در غلظت‌های مختلف……………………..149
نمودار(4-5): درصد وزن تر بیومس تولید شده در غلظت های مختلف طی فرایند تخمیر………………149
نمودار(4-6) : میزان اریترومایسین تولید شده در غلظت های مختلف طی فرایند تخمیر…………………150
نمودار(4-7): میزان اریترومایسین تولید شده را در حضور 40% درطی فرایند تخمیر………………………151
نمودار(4-8): تغییرات pH در حضور 40% اوره درطی فرایند تخمیر…………………………………………..152
نمودار(4-9): درصد وزن تر بیومس در طی فرایند تخمیر در غلظت 40% اوره………………………………153
عنوان فهرست اشکال صفحه
شکل (3-1): روش تهیه کلروفرم اشباع از بافر و بافر اشباع از کلروفرم………………………………………….99
شکل (3-2): محیط اسپورزایی در روز چهارم انکوباسیون………………………………………………………….102
شکل (3-3): محیط اسپورزایی در روز چهاردهم انکوباسیون………………………………………………………102
شکل (3-4): فرمول شیمیایی و عکسی از اوره………………………………………………………………………….110
شکل (3-5): روش تهیه سوسپانسیون اسپوری………………………………………………………………………….113
شکل ( 3-6): نمونه ای از سرسمپلر فیلتردار…………………………………………………………………………….113
شکل (3-7): نمایی از دستگاه HPLC……………………………………………………………………………………..119
شکل (3-8): نمونه ای از یک کروماتوگرام………………………………………………………………………………119
شکل (3-9): نمایی از روش TLC………………………………………………………………………………………….125
شکل (4-1): مورفولوژی میسلیوم ها در روز چهارم تخمیر………………………………………………………..145
شکل (4-2): مورفولوژی میسلیوم ها در روز ششم تخمیر………………………………………………………….146
شکل (4-3): مورفولوژی میسلیوم ها در روز هشتم تخمیر…………………………………………………………146
شکل (4-4): مورفولوژی میسلیوم ها در روز دهم تخمیر……………………………………………………………147
شکل (4-5): مورفولوژی میسلیوم ها در روز یازدهم تخمیر……………………………………………………….147
شکل(4-6): مورفولوژی میسلوم های Saccharopolyspora erythraea در روز چهارم تخمیر در
غلظت 40% اوره……………………………………………………………………………………………………………………154
شکل(4-7): مورفولوژی میسلوم های Saccharopolyspora erythraea در روز ششم تخمیر در
غلظت 40% اوره…………………………………………………………………………………………………………………..154
شکل(4-8): مورفولوژی میسلیوم های Saccharopolyspora erythraea در روز هشتم تخمیر در
غلظت 40% اوره………………………………………………………………………………………………………………..155
شکل(4-9): مورفولوژی میسلوم های Saccharopolyspora erythraea در روز دهم تخمیر در
غلظت 40% اوره…………………………………………………………………………………………………………………155
شکل(4-10): مورفولوژی میسلوم های Saccharopolyspora erythraea در روز یازدهم تخمیر در
غلظت 40% اوره…………………………………………………………………………………………………………………156
چکیده فارسی
صنعت بیوتکنولوژی دارویی یعنی بکارگیری میکروارگانیسم‌های مولد با هدف تولید یک محصول بیوسنتزیک مورد مصرف در درمان و دارو. میکروارگانیسم‌ها قادرند بسیاری از مواد و ترکیبات مهم صنعتی را که بسادگی از منابع دیگر قابل تهیه نیستند تولید کنند. از جمله ترکیبات تولید شده توسط میکروارگانیسم ها، متابولیت‌های ثانویه نظیر آنتی بیوتیک ها هستند. اریترومایسین یک آنتی‌بیوتیک ماکرولیدی است و اهمیت آن در این است که می‌تواند جایگزین پنی‌سیلین ها و تتراساکلین ها در بیمارانی باشد که به این داروها حساسیت مفرط دارند. بدست آوردن حداکثر میزان تولید اریترومایسین مستلزم وجود یک محیط کشت کاملاً متوازن است. تاکنون فنون زیادی برای افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه بکار رفته است، از جمله تغییر ترکیبات موجود در محیط کشت با منابع ارزانتر.تاکنون در مورداثر استفاده از منبع اوره بر روی رشد erythraea Saccharopolysporaو تولید اریترومایسین گزارشی نشده است.
در این پژوهش، از باکتری Saccharopolyspora erythraea استفاده شده و منبع نیتروژنی اوره در غلظت‌های مختلف بجای منبع شناخته شده آرد سویا مورد استفاده قرار گرفته است. نمونه‌های حاوی سوسپانسیون اسپوری در محیط بذردهی به مدت 2روز در شیکر انکوباتور با دور rpm200 و دمای C ْ30 قرار گرفته و پس از انتخاب بهترین نمونه و تلقیح به محیط تخمیر، به مدت 12روز در شیکر انکوباتور با دور rpm220و دمای C33ْ گرماگذاری شدند. در روزهای مشخص pH ، درصد وزن تر بیومس و مورفولوژی اندازه گیری ومیزان اریترومایسین تولید شده به روش اسپکتروفتومتری و میکروبیولوژیک سنجیده شد.
درنمونه حاوی 40% اوره و 60 % سویا ، بیشترین مقدار تولید اریترومایسین مشاهده شد .
نتایج نشان میدهد که استفاده از اوره منجر به کاهش هزینه‌های تولید می شود که مربوط به پایین تر بودن قیمت اوره نسبت به سویا است و در نتیجه باعث صرفه‌جویی اقتصادی می‌شود.
کلمات کلیدی: اوره ، اریترومایسین ، erythraea Saccharopolyspora، تخمیر
مقدمه
دنیایی که ما در آن زندگی می‌کنیم، از میلیون ها سال نوری در عمق فضا گرفته تا هزاران کیلومتر در اعماق زمین از دشت‌ها و جنگلها و کوهستانها گرفته تا دریاها و اقیانوس‌های بیکران، همه و همه دارای اسرار ناشناخته و رموز کشف نشده ای هستند که در ذهن بشر چراها و چگونه‌هایی را پدید می‌آورد و پاسخ به این سؤالات یک نیاز اساسی برای هر فرد محسوب می‌شود. بشر از همان ابتدا درصدد پاسخ به این نیاز خود برآمده است و گام‌هایی را در زمینه‌های مختلف علم برداشته است. از زمان انسان اولیه تا انسان غرق در زندگی ماشینی قرن بیست و یکم این اکتشافات به طرق مختلف ثبت شده‌اند تا همگان از آنها بهره ببرند. ما نیز با بهره‌گیری از این نتایج و تحقیقات به ثبت رسیده و تلاش خود این تحقیق را گردآوری نموده ایم تا گامی هر چند کوچک در راه بی پایان علم در زمینه میکروارگانیسم‌ها برداشته باشیم. میکروارگانیسم‌ها، قدیمی‌ترین موجودات زنده روی زمین هستند ولی چون اندازه آنها بسیار کوچک است از آخرین موجوداتی هستند که شناخته شده‌اند. این موجودات اهمیت ویژه‌ای برای انسان دارند. بعد از شناخته شدن میکروارگانیسم‌ها پیشرفت قابل‌توجهی درامر بهداشت حاصل گردیده است از جمله تولید آنتیبیوتیکها، چرا که دانشمندان با مطالعه میکروارگانیسم‌های مفید و مضر(80% مفید و 20% پاتوژن یا بیماری زا) و با استفاده از علم میکروبیولوژی که همان علم مطالعه و شناخته میکروارگانیسم‌هاست طول عمر آدمی را افزایش داده‌اند و دیگر از اپیدمی‌های کشنده نظیر آبله، طاعون، سرخک، دیفتری و … همانند گذشته خبری نیست.
گستردگی‌و تنوع کاربردهای بیوتکنولوژی، تعریف و توصیف آنرا کمی مشکل و نیز متنوع ساخته است. برخی آنرا مترادف میکروبیولوژی صنعتی و استفاده از میکروارگانیسم‌ها و برخی آنرا معادل مهندسی ژنتیک تعریف می‌کنند. در صنعت نیز آدمی با استفاده از علم بیوتکنولوژی و نقش ارگانیسم‌ها به عنوان کاتالیست از میکروارگانیسم‌ها استفاده کرده است. در واقع میکروبیولوژی صنعتی، واژه‌ای قدیمی است که در مورد استفاده میکروارگانیسم‌ها در صنعت بیان شده است و امروزه آن را به تکنولوژی میکروبی 1تغییر داده‌اند.
امروزه با مطالعات فراوانی که دانشمندان در عرصه‌های مختلف انجام داده‌اند، می‌توان بی‌اغراق ادعا کرد که استفاده از میکروارگانیسم‌ها انقلاب عظیمی در همه ابعاد زندگی انسان به وجود آورده‌است. بشر با شناخت میکروارگانیسم‌ها از گذشته تا کنون هم توانسته فعالیت های نامناسب آنها را بر زندگی انسان کنترل کند در واقع از آنها بر علیه خودشان استفاده کند و هم از آنها در زمینه‌های گوناگون بهره ببرد.
در حال حاضر شاهد کاربرد میکروارگانیسم‌ها در تولید انواع محصولات دارویی از جمله آنتیبیوتیکها هستیم. از دیگر مواد حاصل از متابولیت آنها برای مصارف پزشکی و افزودنی‌های غذایی نظیر الکل‌ها، ویتامین‌ها، آنزیم‌ها و … بهره می‌بریم. همچنین در صنعت شاهد نقش موثر این موجودات ریز در زمینه‌های مختلف هستیم.
به طور کلی می‌توانیم بگوییم که فواید این موجودات ریز بیشتر از مضرات آنها است و به همین سبب این موجودات نقش بسیار مهمی در صنعت برای تولید صنایع گوناگون، در تهیهی موادغذایی مثل ماست، پنیرهای قارچی و خیارشور و …، در تولید فرآورده‌های دارویی از جمله آنتیبیوتیکها را ایفا می‌کنند. در واقع تولید فرآورده‌های دارویی مهمترین فایده‌ی آنها است زیرا با این کار در واقع جان بسیاری از انسان‌ها را در عصرهای گوناگون نجات می‌دهند و این شاید مهمترین و ارزنده‌ترین فعالیتی باشد که هر موجود جاندار چه کوچک و چه بزرگ در روی این زمین خاکی بتواند انجام دهد.
شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید
میکروب‌شناسی صنعتی به بررسی این میکروارگانیسم‌ها پرداخته و سعی در شناسایی انواع جدید و تولید موتانتهای میکروبی با کارایی و میزان محصول بیشتر و هزینه کمتر دارد.
میکروب‌شناسی صنعتی امروزه وسیعترین زمینه پژوهشهای میکروب‌شناختی را تشکیل میدهد و بیشترین هزینه و امکانات را در زیست‌شناسی به خود اختصاص داده است.
ﺑﺮ اﺳﺎس آﻣﺎرﻧﺎﻣﻪ داروﻳﻲ ﻛﻪ ﻫﺮ ﺳﺎﻟﻪ ﺗﻮﺳﻂ وزارت ﺑﻬﺪاﺷﺖ ﺗﻬﻴﻪ ﻣﻲﮔﺮدد، ﺑﻴﺸﺘﺮﻳﻦ ﻣﺼﺮف دارو دراﻳﺮان ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪداروﻫﺎی آﻧﺘﻲﺑﻴﻮﺗﻴﻚ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. اریترومایسین ، یکی از انواع ﭘﺮﻣﺼﺮف آنتیبیوتیکها است. در ﺳﺎﻟﻬﺎی اﺧﻴﺮ ﺗﻼﺷﻬﺎی ﺑﺴﻴﺎری در ﺟﻬﺖ ﺧﻮدﻛﻔﺎﻳﻲ و ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺑﺮﻃﺮف ﻛﺮدن واﺑﺴﺘﮕﻲ ﻛﺸﻮر در زﻣﻴﻨﻪﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺻﻨﻌﺘﻲ اﻧﺠﺎم ﺷﺪه ﻛﻪ در اﻳﻦ ﻣﻴﺎن ﺻﻨﺎﻳﻊ داروﻳﻲ از اﻫﻤﻴﺖ وﻳﮋه ای ﺑﺮﺧﻮردار اﺳﺖ. ﺑﻪ دﻟﻴﻞ رﺷﺪ ﻓﺰاﻳﻨﺪه ﺟﻤﻌﻴﺖ و ﻧﻴﺎز ﻛﺸﻮر ﺑﻪ دارو، ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺳﻬﻮﻟﺖ ﺗﻬﻴﻪ دارو ﺑﺎ ﻫﺰﻳﻨﻪ ﻛﻤﺘﺮ ﺑﺮای ﺑﻴﻤﺎران، پژوهشهای زیادی صورت گرفته است.
علم بیوتکنولوژی در رشته‌های مختلف علمی باعث ایجاد نوآوری و پیشرفت‌های چشم‌گیر شده است. تلاش و کوشش ما بر این بوده است که کاربرد این علم را در فرآیندهای تولید آنتی‌بیوتیک مورد بررسی قرار دهیم.
فصل اول
هدف
شرایط بهینه محیط‌کشت در تمامی مراحل فرآیند، برای رسیدن به بازده بالاتر حائز اهمیت است. چندین فاکتور برای رشد بهینه میکروارگانیسم‌ها مطرح است که عبارتند از : منبع انرژی، موادغذایی مورد نیاز، عدم وجود مهارکننده‌ها، مایه تلقیح مناسب و شرایط فیزیکی و شیمیایی که در این میان عوامل اول و دوم و پنجم تا حد زیادی به طراحی و تهیه محیط‌کشت وابسته است.
در فرآیندهای زیستی، وجود محیط کشت مناسب اهمیت زیادی بر عملکرد فرآیند دارد که این خود بخش عمده هزینه‌های فرایند تولید است. در نتیجه کم کردن هزینه مواد‌اولیه می‌تواند منجر به کاهش هزینه تمام شده تولید دارو شود که این امر با توجه به مصرف روزافزون آن از اهمیت زیادی برخوردار است.در همین راستا تاکنون فنون زیادی برای افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه از جمله آنتیبیوتیکها بکار رفته است، از جمله تغییر ترکیبات موجود در محیط‌کشت با منابع ارزانتر.آرد سویا یکی از منابع نیتروژنی شناخته شده برای تولید اریترومایسین بوده است اما تاکنون پژوهشی در مورد جایگزینی اوره که ماده‌ای ارزان‌قیمت‌تر در مقایسه با سویا است بر روی میزان تولید اریترومایسین انجام نشده است.
در راستای اهداف این پژوهش سوالاتی مطرح می‌شود که شامل :
الف) آیا افزودن غلظت‌های مختلف اوره در محیط‌کشت تخمیر باکتری Saccharopolyspora erythraea اثری بر تولید اریترومایسین دارد؟
ب) بهترین غلظت اوره در محیط‌کشت تخمیر باکتری Saccharopolyspora erythraea برای دستیابی به بیشترین مقدار تولید آنتی‌بیوتیک ، چه مقدار بوده است؟
ج)افزودن اوره به عنوان منبع نیتروژنی در مقایسه با منبع سویا تا چه میزان موجب صرفه‌جویی اقتصادی است؟
بیوتکنولوژی میکروبی
بیوتکنولوژی میکروبی، استفاده از ویژگی‌های انواع میکروب‌ها در تولید و تجزیه مواد مختلف نظیر هورمون‌های انسانی به روش نوترکیبی، حشره‌کش‌های میکروبی، تولید انواع ماکرومولکول‌ها و استخراج کانی‌ها تا زدودن مواد سمی در شرایط متعارف است. این راه در کاهش هزینه‌های تولید و همگام کردن تکنولوژی با سلامت محیط زیست فوق‌العاده مؤثر می‌باشد.
تکنولوژی میکروبی قدمت طولانی و چندین هزار ساله دارد. به لحاظ تاریخی، کارهای گذشته را بر اساس تکنیک‌های به کار رفته، کارآیی تکنولوژی و میزان آگاهی و کنترلی که انسان بر انجام فرآیندهای میکروبی داشته است، می توان به سه دوره «روشهای سنتی» ، «میکروبیولوژی صنعتی» و «بیوتکنولوژی میکروبی نوین» تقسیم نمود.
1-2-1) روشهای سنتی
پییشینه کاربرد میکروب‌های مفید به گذشته‌های دور زندگی انسان باز می‌گردد. هشت هزار سال پیش، سومریان و بابلیان اولین کسانی بودند که تخمیر الکلی را شناختند. چهار هزار سال پیش از میلاد مصری‌ها کشف کردند گازی که در حین تخمیر الکلی به دست می‌آید در بهبود کیفیت نان مؤثر است و برای تخمیر نان به آن شراب افزودند. تولید سرکه نیز هفت هزار سال قدمت دارد. استفاده از کپک‌های مولد آنتی بیوتیک در درمان زخم‌ها در تمدن مایا در آمریکا و تمدن کهن چین مرسوم بوده است و به این ترتیب روشهای سنتی کاربرد میکروب‌ها که از چند هزار سال تا حدود دویست سال پیش ادامه داشته بدون هرگونه آگاهی از وجود میکروارگانیسم‌ها ، نقش آنها و چگونگی واکنش‌هایی که هدایت می کنند انجام گرفته است.
1-2-2) میکروبیولوژی صنعتی
شناخت میکروارگانیسم‌ها به عنوان موجوداتی که می‌توانند به خدمت انسان درآیند، به دو قرن اخیر برمی‌گردد. لویی پاستور پدر دانش میکروب‌شناسی، که پایه گذار دانش میکروبیولوژی صنعتی نیز هست، تقریباً دو دهه به طول انجامید تا توانست نظریه شیمیایی بودن تخمیر الکل را رد کند. وی ماهیت تخمیر الکلی را به عنوان فرآیند زیستی روشن کرد و نشان داد که تبدیل قند به الکل توسط موجودات میکروسکوپی انجام می‌گیرد و آلودگی مایع قابل تخمیر به دیگر میکروب‌ها سرنوشت تولید الکل را تغییر داده موجب فساد آن می‌شود.
هانسن در سال 1896 میلادی از کشت مخمر برای تولید الکل در کارخانه‌ای در کپنهاگ استفاده کرد و در سال1897 اساس بیوشیمیایی کشف بوخنر نشان داد عصاره فاقد سلول مخمر می‌تواند قند ساکارز را به اتانل تبدیل کند، نقش آنزیم‌ها را در چگونگی فعالیت میکروارگانیسم‌ها آشکار ساخت.
اثرات کپک سبز نان (پنی سیلیوم) مدتها پیش از فلمینگ شناخته شده بود. مردم قبایل مایا آن را بر روی دانه‌های ذرت کشت داده و در درمان زخم‌ها به کار می بردند. در سال 1929 الکساندر فلمینگ خاصیت ضد باکتریایی کپک پنی سیلیوم نوتاتوم را کشف و اثرات درمانی آن را علیه عفونت‌های انسانی نشان داد.
در سال 1940 فلاری و چین پنی‌سیلین خالص را به دست آوردند. سه سال بعد در دانشگاه رتگرز آمریکا استرپتومایسس مولد آنتی‌بیوتیک کشف شد و سال بعد یعنی در سال 1944 این آنتی‌بیوتیک به نام استرپتومایسین به طور خالص به دست آمد.
در فاصله سال های 1940 تا اوایل 1970 به طور متوسط سالانه 200 آنتی بیوتیک جدید و در دهه 70 سالانه حدود 300 آنتی بیوتیک تازه کشف شد. توسعه و بهینه‌سازی روشهای تولید پنی‌سیلین و استرپتومایسین رشد و شکوفایی دانش مهندسی بیوشیمی را در پیشرفت ژنتیک مولکولی ایفا نمود. طی بیش از 20 سال پس از کشف پنی سیلین به مدد تکنیک جهش زایی و آمیزش پروتوپلاست‌ها، دست کم بیست و یک نسل از جهش یافتگان مولد این آنتی‌بیوتیک به دست آمد و بازده تولید پنی‌سیلین بیش از ده هزار بار افزایش یافت. تکنولوژی تولید پنی سیلین راه را برای تولید مواد شیمیایی و دارویی متعدد هموار کرد(9).
1-2-3)بیوتکنولوژی میکروبی نوین
اگرچه در اغلب نقاط دنیا بیوتکنولوژی مفهوم خود را به عنوان دانش تولید، تبدیل و تجزیه مواد به وسیله موجودات زنده حفظ کرده است، ولی در حال حاضر در آمریکا و اروپا به تدریج معنی دیگری پیدا کرده که در مهندسی ژنتیک خلاصه می‌شود.
در مفهوم گسترده، بیوتکنولوژی به هر نوع تکنولوژی که در آن موجود زنده (یا بخش‌هایی از آن) در تولید یا تغییر فرآورده ها یا اصلاح گیاهان و جانوران و پدید آوردن میکروارگانیسم‌ها به منظور انجام نقش ویژه ای استفاده می‌شود اطلاق می‌گردد.
شاید اکنون بتوان این مفهوم را باز هم گسترش داد و مدلسازی از مواد زنده را نیز به این تعریف افزود.
تاریخ پیدایش بیوتکنولوژی میکروبی نوین به دهه 1970 باز می‌گردد. در سال 1970 ، بویر،کوهن و همکاران آنها آزمایش‌هایی را انجام دادند که منجر به پیدایش تکنولوژی DNA نوترکیب شد.
نخستین ثمره مهم و تجاری این تکنولوژی، انسولین انسانی تولید شده در باکتری‌ها بود که در سال 1982 مصرف بالینی آن به اثبات رسید.
بیوتکنولوژی میکروبی موزائیکی از فرضیه‌ها و تکنیک‌های زمینه‌های گوناگون علوم می‌باشد.
چند نمونه از فرآورده‌های مهم بیوتکنولوژی میکروبی عبارتند از : عصاره‌های تخمیری و لیکورهای تقطیری، پنیر، آنتی بیوتیکها، الکل صنعتی، اسید‌های آمینه، استروییدها، آنزیم‌ها، واکسن ها و …(22).
جنبه‌های اقتصادی بیوتکنولوژی میکروبی
میکروب‌ها راه‌های تولید ترکیبات مفید و مقرون به صرفه را به ما می‌آموزند. اگرچه بسیاری از فرآیندهای بیوتکنولوژیک در مقایسه با سایر فرآیندها جاذبه چندانی ندارند، سیاست‌های دولتی و جنبه‌های اقتصادی در تعیین زمینه‌هایی که بایستی در بیوتکنولوژی میکروبی پیشرفت نماید، نقش‌پرداز است. مقایسه ارزش فرآورده‌های دارویی با فرآورده‌های غذایی این مهم را تأیید می‌کند. برای کشف یک داروی جدید و نشان دادن مؤثر و سالم بودن آن، تلاش، زمان و سرمایه قابل ملاحظه‌ای لازم است.
مع هذا، وقتی این شرایط فراهم شد، مردم آماده‌اند که برای دارو هزینه بالایی را بپردازند. بعلاوه در بسیاری از کشورها ، ارزش دارو با یارانه دولتی کاهش داده می‌شود. ارزش بالایی که بر تولید فرآورده‌های بهداشتی افزوده می‌شود، هدایت پژوهش پرهزینه و پیشرفت و توسعه صنایع داروئی را ترغیت و تحریک می‌کند.
سودی که تولیدکننده می‌افزاید اختلاف بین درآمد فروش و کل بهای مواد، تجهیزات و خدمات تولید درآمد می‌باشد. برای صنایع داروئی ارزش افزوده حدود 45 درصد است. در صنایع غذایی، تکنولوژی لازم برای فراهم آوردن مواد غذایی پر ارزش از قبل وجود دارد. بر خلاف یک داروی تازه یا یک آزمایش تشخیصی تازه برای بیماری خاص، یک تکنولوژی فرآورده غذایی مناسب بایستی با موادغذایی موجود قبلی و مقبول بازار رقابت نماید(9).
در عین حال، بهای پژوهش و توسعه و نمایش سلامت اغذیه با فرآیندهای نو هم ارز فرآیندهای مربوط به فرآیندهای داروئی است. هیچ یارانه دولتی مصرف مواد غذایی نو را نسبت به مواد غذایی تهیه شده به روشهای متداول حمایت نمی‌کند و ارزش افزوده در صنایع غذایی فقط در حدود 25 درصد است. بعلاوه، حمایت فرآیندها و فرآورد‌های بیوتکنولوژی غذایی نسبت به فرآیندها و فرآورده‌های صنایع دارویی از طریق به ثبت رساندن دشوارتر است(5).
مقدمه ای بر فرایندهای تخمیری
عبارت تخمیر برگرفته از واژه لاتین فرور به معنی جوشان است که بیانگر عمل مخمر با کشت روی موادی مانند عصاره میوه یا جو جوانه زده (مالت) است. گازهای جوشان در این واکنش، همان حباب‌های دی اکسید کربن هستند که بر اثر فعل و انفعالات میکروارگانیسم‌های بی هوازی روی قندهای موجود (سوخت و سازهای بی هوازی موادغذایی در بافت‌ها ) در عصاره متصاعد می‌شوند.
از نظر زیست شیمی‌دانان در مفهوم تخمیر با نظر میکروب‌شناسان صنعتی، متفاوت است. تخمیر از نظر زیست شیمی‌دانان، تولید انرژی از سوخت و سازهای ترکیبات آلی است، در حالی که از نظر میکروب‌شناسان صنعتی ، مفهوم وسیع‌تری دارد.
سوخت و ساز بی‌هوازی قندها، نوعی فرایند اکسایش است که به تولید نوکلئوتیدهای پیریدین احیا شده منجر می‌شود که باید برای ادامه فرآیند دوباره اکسید شوند. در وضعیت هوازی، اکسایش مجدد نوکلئوتید پیریدین احیا شده، با انتقال الکترون از طریق سامانه سیتوکروم به عنوان گیرنده نهایی الکترون صورت می‌گیرد، اما در وضعیت بی‌هوازی، اکسایش نوکلئوتید پیریدین احیا شده، با احیای ترکیبی آلی همراه است که اغلب محصول بعدی در سلسله واکنش‌های سوخت و ساز است.در واکنش مخمر روی عصاره میوه و جو،NADH همراه با احیای اسیدپیروویک به اتانول حاصل می‌شود.
گونه‌های مختلف میکروارگانیسم‌ها می‌توانند پیرووات را به طیف وسیعی از محصولات نهایی احیا کنند. بنابراین از نظر زیست شیمی‌دانان، « تخمیر نوعی فرآیند تولید انرژی است که در آن مواد آلی به عنوان گیرنده نهایی و همچنین دهنده الکترون عمل می‌کنند.»
میکروب‌شناسان صنعتی به هر فرآیندی که برای تولید محصولات مورد نظر از طریق کشت انبوه میکروارگانیسم‌ها یا با استفاده از میکروارگانیسم‌ها در مقیاس صنعتی به کار گرفته شود، تخمیر می‌گویند.
سیر تدریجی تکامل صنعت تخمیر را می توان به پنج مرحله تقسیم کرد. توسعه این صنعت تا قبل از قرن بیستم در مرحله یک است. در این مرحله، مهمترین محصولات تخمیری که به صورت صنعتی در مخازن چوبی تا گنجایش 1500 بشکه تولید می‌شد، اتانل و پس از آن سرکه بوده است. تا اواسط قرن 19، اهمیت مخمرها در تخمیر الکلی را به طور مستقل، کاگنیارد – لاتور، شوان و کوتزینگ توضیح داده بودند اما پاستور توانست دانشمندان را نسبت به اهمیت انکارناپذیر میکروارگانیسم‌ها در فرآیند تخمیر الکلی متقاعد کند. در اواخر قرن 19، هانسن روش‌هایی را برای جداسازی و تکثیر سلولهای مخمر به منظور تولید کشت خالص توسعه داد.
در فاصله سالهای 1900 و 1940، محصولات اصلی تولید شده عبارت بود از: توده زیستی مخمر، گلیسرول، اسید سیتریک، اسیدلاکتیک، استن و بوتانل. احتمالا عمده‌ترین توسعه در خلال این سالها، تولید مخمر نان و حلال‌های آلی بود. تولید مخمر نان فرآیندی هوازی است و مشخص شد که رشد سریع مخمرها در فرمنتور، به کاهش غلظت اکسیژن و تولید اتانل به جای مخمر نان منجر می‌شود. برای حل این مشکل، غلطت سوبسترای کربن اولیه در حد پائین نگه داشته شد و به این ترتیب، اکسیژن از حالت سوبسترای محدود کننده خارج شد. با ادامه فرایند، محیط کشت به آرامی به فرمانتور اضافه می‌شد. این روش که اکنون به نام فرآیند غیر مداوم خوراک‌دهی شده (fed batch) شناخته می‌شود، به‌طور گسترده‌ای در صنایع تخمیری استفاده می‌شود. توسعه فرآیند تخمیر استن – بوتانل در طول جنگ جهانی اول به وسیله ویزمن، به ایجاد اولین فرایند واقعی تخمیر در موقعیت سترون منجر شد.
تمام فرآیندهایی که در اینجا نام برده شد، در صورت استفاده از مایه تلقیح مناسب و رعایت استانداردهای بهداشتی، می‌توان در وضعیت آلودگی نسبتاً کم اجرا کرد اما تخمیر بی‌هوازی بوتانل، نسبت به آلودگی حاصل باکتری‌های هوازی در مراحل اولیه تخمیر و نیز نسبت به باکتری‌های بی‌هوازی تولیدکننده اسید در مراحل بی‌هوازی تخمیر، حساس بود. فرمنتورهای مورد استفاده برای این منظور، استوانه‌هایی عمودی از جنس فولاد نرم بودند که پایین و بالای آنها به شکل نیمکره ساخته شده بود. این فرمنتورها قابل سترون‌سازی تحت فشار بود و به گونه‌ای ساخته شده بودند که احتمال آلودگی به کمترین مقدار کاهش یابد.
مرحله سوم توسعه صنعت تخمیر (1940-1959 ) در خلال جنگ جهانی دوم و با توجه به ضرورت‌های آن دوره، یعنی تولید آنتی بیوتیک در شرایط غوطه‌ور و کاملاً سترون روی داد. تولید پنی‌سیلین، فرآیندی هوازی و نسبت به آلودگی بسیار حساس و آسیب پذیر است. دیگر مشکلات در تولید صنعتی پنی‌سیلین، هوادهی حجم عظیمی از محیط کشت با استفاده از هوای سترون و نیز هم زدن این محیط کشت لزج بود. همچنین پنی‌سیلین در مقادیر بسیار کم ( حدود 001/0 گرم بر لیتر) تولید می‌شد و بنابراین تولید صنعتی آن مستلزم اجرای روشهای توسعه سویه به منظور دستیابی به گونه‌هایی برتر و با توانایی تولید بیشتر بود. با توجه به این مشکلات، دانشمندان در ابتدا درباره موفقیت تولید صنعتی پنی‌سیلین به روش تخمیر تردید داشتند، لذا تلاش‌های بسیاری از شیمی‌دانان برای تولید پنی‌سیلین به روش شیمیایی مصروف گشت اما به زودی دشواری بسیار در تولید پنی‌سیلین به روش شیمیایی مشخص شد. به این ترتیب، دانشمندان با همکاری شرکت‌های بزرگ دارویی، تلاش خود را برای تولید پنی سیلین به روش تخمیر از سر گرفتند. علاوه بر مشکلات مذکور در زمینه طراحی فرمنتور در مراحل بازیافت محصول و خالص سازی آن نیز موانع بسیاری وجود داشت. ماهیت و طبیعت بسیار آسیب پذیر پنی‌سیلین، ابداع روشهای جدیدی را برای بازیابی و تخلیص محصول ایجاب می‌کرد برای مثال مشخص شد که می‌توان مجموعه‌ای از تغییرات معین pH و استخراج سریع به روش مایع – مایع را برای این منظور به‌کار گرفت. پس از مدتها تلاش و کوشش خستگی ناپذیر، اولین واحد تولید صنعتی پنی‌سیلین به روش تخمیر غوطه‌ور ساخته شد.
موفقیت‌های حاصل در زمینه تولید پنی‌سیلین، پایه و اساس توسعه فرآیندهای جدید و تولید محصولات جدیدی مانند غیر مداوم و نیمه مداوم در صنعت تخمیر معمول بود، اما استفاده از روش رشد مداوم میکروارگانیسم‌ها، افزودن محیط کشت تازه و خارج کردن محیط کشت مصرف شده در مقیاس صنعتی، بسیار محدود بود و چندین شرکت، فرآیندهای مداوم را برای تولید توده زیستی ارائه دادند که مهمترین آنها، فرایند تولید پروتئین خوراک دام ICI بود که از یک فرمنتور سیکل فشاری مداوم با ظرفیت 3000 مترمکعب برای کشت متیلوفیلوس متیلوتروفوس با متانول به عنوان منبع کربن استفاده می‌کرد. عملیات مداوم فرمنتور بسیار بزرگ، در طی یک دوره زمانی بیش از 100 روز، مشکلات عدیده‌ای در انجام یافتن فرآیند به صورت سترون، سبب می‌شد که حتی از مشکلات حاصل در صنعت آنتی‌بیوتیک در دهه 1940 نیز حادتر بود. تلاش برای اجرای فرآیند در فرمنتورهایی از این نوع به‌صورت سترون، به ساخت فرمنتورهایی با استاندارد بالا، سترون سازی مداوم جریان‌های ورودی فرمنتور و استفاده از سامانه‌های رایانه‌ای برای کنترل فرمنتور و همچنین فرآیند سترون‌سازی منجرشد. فرایند ICI از نظر فنی پیشرفت بزرگی محسوب می‌شد اما پس از تولید ارزان قیمت کنجاله سویا و پودر ماهی، این فرایند از نظراقتصادی با شکست مواجه شد و توقف این فرآیند در سال 1989 به مثابه پایان دوره‌ای کوتاه اما هیجان انگیز در این صنعت بود.
با آنکه توده زیستی، محصول ارزان قیمتی است که در حجم بالا تولید می‌شود، پنجمین مرحله توسعه صنعت تخمیر، به تولید محصولاتی در حجم کم اما با ارزش بسیار بالا منجرشد. توسعه روشهای دست ورزی ژنتیکی آزمایشگاهی که معمولا با نام مهندسی ژنتیک شناخته می‌شوند، بیان ژن‌های انسانی و پستانداران را در میکروارگانیسم‌ها ممکن ساخت و به این ترتیب تولید پروتئین‌های انسانی برای مقاصد درمانی در مقیاس زیاد امکان پذیر شد. شرکت‌های بزرگ داروئی از فنون جدید مهندسی ژنتیک برای کمک به کشف محصولات طبیعی و طراحی داروها استفاده می‌کنند.
انسولین و هورمون رشد انسانی، دو پروتئین نوترکیبی است که با اقبال زیادی مواجه شد، اما محصولات دیگری هستند که احتمالا در آینده فروش بیشتری خواهند داشت. برای مثال عامل تقویت‌کننده کلنی گرانولوسیت (CSF-G ) که در شیمی درمانی سرطان استفاده می‌شود.
بهره‌برداری از فنون مهندسی ژنتیک تقریبا مصادف با تحول بزرگ دیگری در زیست فناوری یعنی تولید پادتن‌های تک دودمانی شد که پیشرفت صنعت تخمیر را تحت تأثیر خود قرار داد. به این ترتیب، فرآیندهای کشت سلول حیوانی برای تک دودمانی‌ها، در مقیاس تجاری بهره‌برداری شد. همچنین سلولهای حیوانی به عنوان میزبان برای تولید برخی از پروتئین‌های انسانی استفاده شد. فرآیندهای سلولی حیوانی مبتنی بر فناوری کشت سلول بود اما مسائل و مشکلات جدید ایجاد شده در این فرآیندها باید برطرف می‌شد. برای مثال، سلولهای حیوانی در مقایسه با سلولهای میکروبی، بسیار ضعیف و شکننده هستند، تراکم سلولی قابل دسترس در فرایندهای سلول حیوانی در مقایسه با فرٱیندهای میکروبی کمتر و محیط کشت مورد استفاده برای فرآیندهای سلول حیوانی نیز بسیارپیچیده و گران‌قیمت است.
پیشرفت‌های متعدد در مهندسی ژنتیک، تا حدودی پیشرفت‌هایی را که آن سالها در زمینه تولید محصولات جدید بر اساس فرآیندهای متداول میکروبی به وجود آمده، تحت تأثیر قرار داده است، اما با توجهی که صنعت داروسازی به متابولیت‌های میکروبی نشان داده، در سالهای اخیر محصولات جدیدی به بازار عرضه شده است. باکلند (1992) از چهار متابولیت ثانویه نام برده که در اواخر دهه 1980 به بازار عرضه شده است. این چهار متابولیت ثانویه عبارتند از: سیکلوسپورین، ایمی‌پنم، لواستاتین و ایورمکتین.
اکنون مجموع فروش این چهار محصول بیشتر از مجموع فروش کل محصولات نوترکیب است. بنابراین، هنوز این سخن فاستر (1949) جای تأمل دارد که گفته است: ” هرگز توان میکروب‌ها را دست کم نگیرید “(9).
بیوتکنولوژی صنعتی