Mikroba Penghasil Antibiotik

Antibiotik metabolit sekunderhambat pertumbuhan org lain pd konsentrasi redah

Alexander Fleming (1929)Penicillium notatum hambat staphlococcus

Awal era antibiotikPerkembangan : - 1963 513 atb

- 1974 4076 atb- 1980-an 6000 atb

Produksi antibiotik FermentasiSemisintetik

Mikroba penghasil antibiotik:

Bakteri, Actinomycetes, & Cendawan

Fungi :-Phycomycetes 14 atb-Ascomycetes 299 atb

-Aspergillacea 242 atbPenicillium 123 atbAspergillus 115 atb

-Basidiomycetes 140 atb-Fungi inperfecti 315 atb

-Moniliales 269

Mikroba penghasil antibiotik:

Bakteri :

-Pseudomodales 87 atb-Pseudomodaceae 84

-Eubacteriales 274 atb-Enterobacterilaceae 36 atb-Micrococcaceae 16 atb-Lactobacillaceae 28 atb-Bacillacea 171 atb

Bacillus 167 atb

Mikroba penghasil antibiotik:

Bakteri :

-Actinomycetales 2078 atb-Mycobacteriaceae 4 atb-Actinoplanaceae 18 atb-Streptomycetaceae 1950 atb

- Streptomyces 1922 atb-Micromonosporaceae 41 atb-Thermoactinomycetaceae 17 atb-Nocardiaceae 48

Klasifikasi Antibiotik:

1. Atb mengadung karbohidrat- gula murni nojimisin- aminoglukosida streptomicin- Ortomisin Everninomisin- N-gliksida sterptotrisin- C-glukosida Vancomisin- glikolipid Moenomisin

2. Makrosiklik lakton- Atb makrolida erytromisin- atb polyene Candisidin- ansamisin Rifamisin- Makrotetrolida tertranamisin

Klasifikasi Antibiotik:

3. Atb quinon- tetrasiklin tertrasiklin- anthrasiklin adriamisin- naftoquinon actinorhodin- benzoquinon mitomisin

4. Peptida & asam amino- turunan as. amino cycloserin- β-laktam penicillin- peptida basitrasin- chromopeptida actinomisin- peptida pengkelat bleomisin

Klasifikasi Antibiotik:

5. Heterosilik + nitrogen- nukleosida polimiksinin

6. Heterosiklik + oksigen- polieter monensin

7. Turunan Alisiklik- turunan sikloalkana sikloheksimid- steroid asam fusidat

8. Aromatik - turunan benzen kloramphenikol- aromatik eter novobiosin

9. Atb alifatik- syw + fosfor fosfomisin

Aplikasi antibiotik:Spektrum atb : - luas aktif untuk berbagai organisme

- sempit aktif pada orgamisne tertentu

1. Antitumor : syw sitostatik2. Penyakit tanaman :

awal: - streptomisin Xanthomonas oryzaePseudomonas

3. Pengawet makanan : aturan penggunanaanpiramisin : - permukaan makanan

- fungisidatylosin : - efektif thd spora bacillusnisin : efektif thd clostridia

Makanan kaleng

Aplikasi antibiotik:

4. Makanan ternak : memicu pertumbuhan ternak

5. Studi biokimia & biologi molekuler : selective inhibitor: - penting utk pelajari fungsi sel

Germ freeAplikasi aturan !!!

-replikasi DNA- transkripsi-Translasi-Sintesis dinding sel

Nilai ekonomi antibiotik:

Produksi lebih dari 100 000 ton per tahunTh 1980: penjualan + $ 4.2 milyarDi US + $ 1 milyar per tahun: 1. Cephelosporin

2. TetrasiklinUtk makanan ternak: + $ 100 juta per tahun

-sebelum 1960 : 5 % isolat baru atb digunakan utk terafeutik-Selanjutnya banyak isolat ditemukan-Atb yg di pasarkan %-nya turun : - 1961-1965 : 2.6 %

- 1966 –1977 : 1 %

Tingginya biaya produksi & uji klinis

Jumlah besar syw atb yang diketahui

Pencarian atb baru masih dilakukan ???

Atb alami tidak optimal utk terafeutikperlu pengembangan:

- peningkatan aktivitas- mengurangi efek samping- memperluas spektrum-meningkatkan selektivitas

Adanya perkembangan resistensi

Modifikasi secara kimiawiModifikasi secara genetik: - mutasintesis

- DNA rekombinan- fusi protoplas

Antibiotik β-Laktam

PenisilinCephalosporinCephamisin

Antibiotik peptida

Antibiotik efektif

Penilisin:-Fleming (1929) Penicillium notatum-Diisolasi th 1940-Pertama digunakan th 1941-Dihasilkan oleh banyak fungi: - Penicillium

- Aspergillus

Penisilin alami: efektif thd banyak bakteri Gram positiflabil thd asamdiinkativasi oleh penisilin β-laktamase

Cincin Β-laktam

Menghambat sintesis peptidoglikantarget: transpeptidase & D-alanin karboksipeptidase

Polimerase peptidoglikan terhambat

Hambat sel yang sedang tumbuhTidak hambat sel yang tidak tumbuh

Struktur dasar dari penisilin: 6- asam aminopenisilat (6-APA)

Terdiri dari cincin thiazolidin dg cincin β-laktam

6-APA membawa berbagai macam gugus akil

Fermentasi tanpa prekursor akil produksi bermacam penisilin alami

Hanya benzilpenisilin yg berguna utk terapeutik

+ prekursor akil produksi penisilin yg diinginkan

Residu gugus akil 6-asam aminopenisilat

Cincin β-laktam

Cincin thiazolidin

Struktur Penilisin:

Produksi komersil: - Alami Penisilin G,V, & O

-semisintetik: Penisilin G secara kimia or enzimatik

Split 6-APA

Dibuat turunannya + syw akil

Penisilin akilase

Biosintesis:

Cincin β-laktam-thiazolidin ;dikontruksi dari L-cystein & L-valinproses non ribosomal: tripeptida 2 aa & L-α-asam aminoadipat

(L-α-AAA)

Produk I dari siklisasi : isopenisilin N(reaksi biokimianya belum dimengerti)

Benzilpenisilin: pertukaran L-α-AAA dg asam penilasetat teraktivasi

HOOC-CH-CH2-CH2-CH2-COOHNH2

L-α-Asam Aminoadipat (L-α-AAA)

L-α-AAA-Cys

Cys

L-α-Aminoadippyl-Cysteinil-D-ValineVal

Siklisasi 2 tahap

Isopenilisin N

L-α-AAA– N S

NCOOH

O

H

Penisilin transakilase

fenilasetat

L-α-AAA-CoA-SH

Benzil-penisilin

-CH2-CO– N S

NCOOH

O

H

Biosintesis penisilin:Penicillium chrysogenum

Biosintesis penisilin:dipengaruhi [fosfat]Direpresi glukosa

Fermentasi menggunakan laktosagula yg dimotabolisme lambat

Pengembangan galur:

Produksi : galur Fleming = 2 IU/mlsekarang = 85 000 IU/ml

Peningkatan dari 0.0012 g/l 50 g/l

Program Seleksi galur & mutagenesis

Dimulai th 1943

Metode produksi:

Penisilin G & V diproduksi dg proses fermentasi submergedkapasitas 40 000– 200 000 literaerobik kendala suply O2 tdk bisa lebih besar

Kurva pertumbuhan produksi penilisin :

produksi selama 40 jamDoubling time 6 jam:

-pembentukan biomassaDg fed-batch:

- spi 120 – 160 jam

kembali

kembali

kembali

kembali

kembali

kembali

Cephalosporin Cincin β-laktam + dihidrothiazin

Cephalosporium acremonium : - isolasi atb th 1953- isolasi galur th 1945

Acremonium chrysogenum - Cephalosporin- Penisilin NCephalosporin steroid P1-P5

Cendawan : - Emericellopsis- Paecilomyces

Streptomyces : S. lipmaniiS. clavuligerusS. lactamdurans

Sifat:

-spektrum luas-Toksisitas rendah- ~ ampisilin- resisten thd penisilin beta laktamase- rentan thd cephalosporin beta laktamase

Biosintesis:

[lisin] rendah

Produksi ningkat

Metode Produksi : mirip produksi penisilin

-fase pertumbuhan biomassa 90 jam-Spi 90 jam konsumsi O2 tinggi perlu aerasi tinggi-90 – 160 jam konsumsi O2 rendah-pH 7-Suhu 25 – 28 C-Medium : - corn steep liquor

- meat meal- sukrosa, glukosa- amonium asetat

Fermentasi:

Scr kimia: - dari penisilinharga penisilin rendah

β-laktam baru:turunan semisintetik

-Nokardisin: - monosiklik β-laktam- efektif pd Gram –- Nocardia uniformis- Streptomyces alcalophilus

-As Klavulanat:- β-laktam-oxazolidin- kurang efektif- inaktivasi β-laktamase ireversibel- Streptomyces clavuligens- aplikasi kombinasi aktivitas ningkat

-Thienamisin : - β-laktam-pyrrolin- efektif pd Gram – & +- inaktivasi β-laktamase- Streptomyces cattleya- syw tidak stabil dikembangkan stabilitas

Atb as. Amino & peptida:Turunan as. Amino : - sikloserin

- azoserinβ-laktamChromopeptidaDepsipeptidaLinier & siklik peptida

D-sikloserin: D-4-amino-3-isoxazolidonealami & sintetis

- S. orchidoceus- S. lavendulae- S. garyphalus- S. roseochromogenes

- Hambat sintesis dinding sel hambat alanin racemase- enzim produksi alanin

-efektif thd mycobacterium M. tubercolosis-Utk TBC; kombinasi dg isotinat hidrazin & rifampisin or streptomisin

Aktinomisin: atb chromopeptida

-fenoksazon-kromoforunit dg pentapeptida-laktonas. Amino bervaryasi

-hambat RNA polimerase-Sangat toksik rusak liver & ginjal-Utk tumor/kanker

Biosintesis:

Atb depsipeptida: Subunit: as. Aminoas. hidroksil

# Valinomisin: - nilai ekonomi rendah- digunakan pd penelitian biokimia

hambat fosforilasi oksidatifcarrier K+

- S. fulvissimus

# Virginiamisin:- efektif Gram +- pemicu pertumbuhan ternak unggas, babi, sapi- S. virginiae

Atb peptida linier & siklik:

-MO : Bacillus sebagian besar atb peptidaStreptomyces

-BM : 270 – 4500-Sebagian besar siklik- di Bacillus produksi saat sporulasi

berperan dalam proses sporulasi-Aplikasi: terbatas toksik obat luar

- Gramisidin- Tirosidin- Basitrasin- polimiksin infeksi Gram –- viomisin- Capreonisin

Luka & luka bakar

TBC

Basitrasin:

-nilai ekonomi penting-Produksi th 1976 + 500 ton-Obat luar dan makanan ternak-Bacillus lincheniformis-Aktivitas hambat sintesis dinding sel

sintesis peptidoglikan

Biosintesis:tidak melibatkan ribosom, mRNA, & tRNAkomplek multienzim dinamakan:

“MESIN THIOTEMPLATE”ATP & Mg2+

A : BM 200 000B : BM 210 000C: BM 380 000

“MESIN THIOTEMPLATE”

Metode produksi:

Atb Karbohidrat: Turunan gula & glikosida

Nojirimisin:efektif thd Sarcina lutea & Xanthomonas oryzaeaktif menghambat α & β glukosidase dan amilase

Atb Karbohidrat:

Efektif pd Gram –Utk infeksi akutToksik kerusakan ginjalEfek samping: kurang pendengaran

Streptomisin:

Aktivitas : 1. Hambat sintesis proteinikat unit 12S dari subunit 30 Ssalah kode & baca12 S situs aktif pengikatan aminoakil-tRNA &

tMet-tRNA

2. Rusak membran sel hambat translokasi peptidil-tRNAkebocoran molekul BM kecil

Biosintesis: banyak enzim yg diketahui tapibelum dimengerti benar

Metode produksi:

-fermentasi : 150 000 lsuhu 28 – 30 CpH 7waktu 4 – 7 harisumber C : pati/dekstrinsumber N : soy meal

Atb makrosiklik lakton:

Efektif pd Gram +Hambat sintesis protein

ikat subunit ribosom 50 SS. erythreus

-Eritromisin

Metode produksi:

-fermentasi submerged: glukosa 50 g/lsoy meal 30 g/l(NH4)2SO4 3 g/lNaCl 5 g/lCaCO3 6 g/lpH 7

Tetrasiklin:

Struktur dasar cincin naftalenaPengguanaan luasSpektrum luas: Gram +, -, riketsia,

mycoplasma, spiroket, klamidiaAktivitas: hambat sintesis protein

subunit 30S: hambat ikatan aminoakil-tRNAke situs A ribosom

-aplikasi : - manusia- veteriner- ternak: unggas, babi- pengawetan : daging, unggas, ikan

Pengembangan:

Rekayasa genetik ?

-Transformasi Streptomyces-Antibiotik baru

???