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미생물이야기 방선균(Streptomyces mediterranei)이 생산하는 나프토히드로퀴논
2013-08-19 09:45:12
이엠생명과학연구원

항생물질이란

 

곰팡이나 세균들이 자신들의 생존을 위하여 외부로부터 다른 미생물의 침입을 방어하려고 분비해내는 물질

->곰팡이나 세균들이 자신들의 생존을 위하여 외부로부터 다른 미생물의 침입을 방어하려고 분비해내는 물질이며, 병원체의 생명에 대항하는 물질이란 뜻이다.항생제가 세균에 대하여 작용을 하기 위해서는 다음의 조건들이 충족되어야 한다.

이러한 전제 조건을 충족하면서 각 항생제는 서로 다른 기전을 통하여 항균효과를 나타내고 있다.

 

항생제의 조건

1.선택적 독성: 인체에 무해, 미생물에만 독성

2.인체에 과민반응이 적어야함

3.채액에 수용성, 체내분해 배설속도가 낮아야함

4.작용하는 미생물에 저항성을 쉽게 유발하지 말아야 할 것

5.인체에 있는 정상 상주균종에 영향이 없어야함

6.다양한 종류의 병원미생물에 작용할 것

항생물질 작용기전 메커니즘에 따른 분류

 

세포벽 합성저해

베타-lactam군(phnicillins, cephalosporins, nocardicins등), bacitracin, cycloserine, fosfomycin, vancomycin 등이 주로 작용하는 것으로 세포막의 효소를 억제하여 세포벽의 합성을 억제하여 살균작용을 하는 것이다

 

페니실린

불완전균 페니실리움(Penicillium)속을 가리키는 속칭. 부생균(腐生菌)의 대표적인 미생물로, 누룩균(Aspergillius)과 함께 세계에 널리 분포한다. Aspergillius 속 균이 열대에서 온대에 생육하는 데 반해, 페니실리움속 균은 온대에서 한대에 걸쳐 분포하고 있다. 푸른곰팡이라고도 한다.

페니실리움(Penicillium)속에 속하는 곰팡이에서 얻은 화학 물질로써 박테리아로 발생한 병을 치료하는 데 사용되는 항생제의 한 종류이다.

 

세팔로스포린

진균류 세팔로스포륨(Cephalosporium sp.)의 배양액에서 얻는 일군의 항생물질으로 세팔로스포린 C, N, P1 의 세 가지 이성질체가 있다.

 

세팔로스포린 C, N, P1 의 세 가지 이성질체가 있다.

① 세팔로스포린 C:세팔로스포린 C의 나트륨염 C16H20N3O8SNa·2H2O는 단사정계로서 그람 양성균과 그람음성균의 발육을 저해한다. 페니실리나아제로 비활성화되지 않으며 독성이 매우 약하다.

② 세팔로스포린 N(신네마틴 B):화학식 C14H21N3O6S이다. 분말로서 항균성은 전자보다 강하고 독성도 적지만 페니실리나아제 생산균에 의하여 비활성화된다.

③ 세팔로스포린 P1:화학식 C33H50O6 이다. 노르프로토스탄 골격을 가진 네 개의 고리를 가진 트리테르펜으로 1/2 수화물의 녹는점은 147℃이다. 세팔로스포린 C로부터 곁사슬의 유기산을 제거한 7-아미노세팔로스포린산에 다른 유기산을 화학적으로 도입한 합성 세팔로스포린이 많이 만들어지고 있다. 

세포막에 장애를 일으켜 살균적으로 작용

세포막은 세포의 생명 유지에 중요한 역할을 한다. 세포막은 세포질 내 삼투압과 세포가 처한 환경의 삼투압간 차이에 의한 세포 손상을 보호할 뿐 아니라, 세포에 필요한 영양물질의 흡수, 대사 산물의 조절, 호흡효소 및 생합성 장소로도 작용한다. 이러한 세포막 기능의 일부에 장애를 일으켜 세균이 죽게 한다.

 

폴리믹신

bacillus polymyxa가 생산하는 그람음성간균, 녹농균에 유효한 펩티드계 항생물질. A, B, C, D, E 등의성분이 있다. B1(C56H98N16O13. 분자량 1203.49)과 B2(C55H96N16O13. 분자량 1189.47)를 주성분으로 하는 폴리믹신B가 실용화되어 내복, 외과용 주사제로 사용된다. 주사할 때에는 신장장애를 일으키기 쉽다. 세균세포 외막의 인지질과 결합하여 포스폴리파아제를 활성화하여 막을 파괴한다. 세균에 대한 선택독성은 낮다.

 

콜리스틴

bacillus colistinus의 배양액에서 발견된 염기성 환상펩티드항생물질. 구조와 생물학적 특성은 폴리믹신과 유사하다. 콜리스A(C53H100N16O13. 분자량1,169.48)와 콜리스틴 B(C52H98 N16O13. 분자량 1,155.45)의혼합물이며 그람음성간균, 특히 녹농균의 세포막에 대한 장애작용을 나타낸다. 이것은 음성하전 인지질과 특이적으로 상호작용을 하기 때문이라고 생각된다. 황산염이 경구제로서 장염과 이질치료에, 메탄술폰산나트륨염은 신장독성 등의 부작용을 경감시키는 경구 및 주사제로서 요로감염증이나 호흡기감염증등의 치료에 사용되고 있다

 

핵산 합성 저해

핵산구조나 기능을 변경시켜 미생물의 증식을 저지한다

 

리팜피신

방선균(Streptomyces mediterranei)이 생산하는 나프토히드로퀴논을 포함하는 안사마이신(ansamycin)계 항생물질 리파마이신 SV(rifamycin SV)의 유도체로 결핵균, 그람양성균에 강력한 항균작용을 나타내지만, 그람음성균 도 저지한다. 세균의 RNA중합효소와 등몰비율로 결합하여 RNA합성 개시를 저해하지만, 동물의 RNA중합효소에는 거의 작용하지 않는다. 또 DNA중합효소도 저해하지 않는다. 대장균의 내성주 중에는 RNA중합효소의 β소단위유전자(rpo B)의 변이에의한것이있다.

 

등몰, 등몰용액(等∼溶液)  . 같은몰의

1 mol(몰)의 기초 단위체(분자, 원자, 전자, 이온, 유리기 등) 속에 들어 있는 입자의 수이다

 

단백질 합성 저해

- 핵산전사 과정에 작용하는 제재 : 4개의 인자(β, β´, α, α´)로 이루어진RNA중합효소에 의하여 DNA에 유전정보가 상보적인 RNA nucleotide에 전사된다. 이의 4개의 인자를 연결시키는 시그마 인자가 있다. DNA구조를 변화하거나 RNA중합효소를 방해하는 항생제들은 RNA합성을 방해하여 그 결과로 단백질 합성을 저해한다. D actinomycin과 rifampcin을 예로 들수 있다.

-번역과정에 작용하는 제재

->30S 리보솜 저지제 : 30S에 작용하여 단백질합성을 저지하는 기전은 첫째 mRNA가 결합하지 못하고, 둘째 aminoacyl acceptor부위의 차단, 셋째 mRNA의 이동저지등 세가지로 나누어 생각할 수 있다. streptomycin, aminoglycosidic aminocyclitols, tetracyclines을 들수 있다.

->0S리보솜 저지제 : 50S단위체에서의 단백질 합성 저지는 첫째 peptidyl-tRNA결합방해, 둘째 peptide결합형성 억제, 셋째 전위억제 등 세가지로나눌 수 있다.chloramphenicol, lincomycin, macrolides등이 있다.

 

마크로라이드

Streptomyces spp.에서 생성된 항생제로서 그람양성 및 음성균에 정균작용을 일으킨다.

 

스트렙토 마이세스

토양방선균의 대표적인 속(屬)으로 항생물질을 생산하는 점에서도 특색이 있는 균종을 포함하고 있다.

 

세균의 성장과 대사가 저지되는 일.-정균

 

아크로 마이신

많은 세균성 감염을 막는 데 사용되는 스트렙토마이신(Streptomyces)에 의해 생산되는 항생물질로서 1948년에 발견된 오레오마이신, 1950년에 발견된 테라마이신을 개량한 항생물질

->테트라시클린(tetracycline)의 상표명이다. 약전명은 염산테트라시클린이다. 그람양성균 ·그람음성균 ·리케차 ·스피로헤타 등의 감염에 의한 병에, 또 술파제나 페니실린류가 무효인 병에도 효력이 있다. 특히, 세균성 이질 ·역리 ·발진티푸스 ·폐렴 ·기관지염 ·성홍열 ·백일해 ·임질 ·자궁내막염 ·농양(膿瘍) ·단독(丹毒) ·중이염 ·결막염 ·안검염 ·매독 ·아메바성 적리(赤痢) 등에 사용된다.

살균적으로 작용하는 배당체계

살균성인 것은 감염병소 내의 농도를 일정농도 이상으로 높이고, 또 점균성인 것은 발육저지농도 이상을 장시간 유지시키는 것

->배당체: 당의 환원기와 당이나 화합물의 하이드록시기가 탈수축합하여 생긴 물질

탈수축합반응: 탈수축합은 물이 빠지면서 저분자→고분자로 합쳐지는 반응

점균: 영양체는 일정한 모양을 갖지 않는 원형질 덩어리로 세포벽이 없는 다핵균으로 자실체를 만들어 포자를 형성함

아미노 배당체계

 

겐타마이신[gentamicin]

->미크로모노스포라 푸르프레아(micromonospora purprea) 및

미크로모노스포라 에키노스포라(micromonospora echinospora)가 생산하는 아미노 배당체계의 항생물질로 겐타마이신은 페니실린이나 앰피실린(ampicillin)과 함께 장내구균성 심내막염의 치료에도 사용된다.

->그람양성균 중 포도상구균과 그람음성균 중 대장균·살모넬라균 및 변형균·녹농균 등에 효과가 있다. 겐타마이신은 페니실린이나 앰피실린(ampicillin)과 함께 장내구균성 심내막염의 치료에도 사용된다. 비경구적인 방법으로 투여하거나 외용제로 많이 사용된다. 겐타마이신은 미국식품의약청(Food and Drug Administration)으로부터 허가를 받은 약물이다.

 

항생물질 발효법

 

1. 페니실린G 발효법

-페니실린은 대부분 재조합 E. coli (G형) 이나 fusarium oxysporum ( V형)을 이용하여 유가식발효( fed -batch fermentation)으로 생산합니다.

-5-9일간 ph 6.6- 6.8에서 발효하면 40-50g / 1L 이 축적됩니다.

-기질 탄소원의 65%는 세포물질로 전환되며, 세포 성장에 20-25%, 페니실린 생산에 10-12%가 이용됩니다.

-발효종료액은 butyacetate로 추출한 후, 균체는 진공여과기로 여과한다.

-색도 등의 불순물은 활성탄 및 이온교환수지로 제거하고, 정제액은 potassium acetate로 정석하여 포타슘염으로 회수합니다.

페니실린 회수율은 90% 이상입니다.

 

세팔로스포린C 발효법

균주는 세팔로 사포린 아세모니움ATCC 14553 또는 20339를 사용하며, 균주는 일반적으로 포자를 냉동 건조하여 보관하거나, 15% 글리세롤 용액중에 포자 현탁액을 조제하여 -70℃의 액체질소에 동결 보존한 것을 사용합니다. 5l 자 포멘터에 발효배지를 3l 조제하여 멸균한다음 배양한 종배양액 5%르 무균적으로 접종하고 28℃에서 6~7일간 발효를 실시합니다. 통기량은 1vvm으로 교반속도는 500~600ppm으로 조절합니다.

 

스트렙토 마이신 발효법

균주는 스트렙토 마이세스 글리서스 헛 6037 또는 ATCC10137로하고 세팔로사포린과 같이 멸균배지에 무균적으로 접종하여 28℃에서 100시간 발효합니다. 통기량은 같고 150~200rpm으로 교반속도를 조절합니다.

 

테트라 마이신 발효법

균주는 스트렙토 마이세스 아우레오파키엔스 ATCC13900또는 NRRL B-287 사용하며 발효는 세팔로사포린과 같습니다.




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