Mikroba Penghasil Antibiotik Antibiotik Æ metabolit sekunder Æ hambat pertumbuhan org lain pd konsentrasi redah Alexander Fleming (1929) Æ Penicillium notatum Æ hambat staphlococcus Awal era antibiotik ÆPerkembangan : - 1963 Æ 513 atb - 1974 Æ 4076 atb - 1980-an Æ 6000 atb Produksi antibiotik Æ Fermentasi Semisintetik
Mikroba penghasil antibiotik: Æ Bakteri, Actinomycetes, & Cendawan
Fungi : -Phycomycetes Æ 14 atb -Ascomycetes Æ 299 atb -Aspergillacea Æ 242 atb Æ Penicillium Æ 123 atb Æ Aspergillus Æ 115 atb -Basidiomycetes Æ 140 atb -Fungi inperfecti Æ 315 atb -Moniliales Æ 269
Mikroba penghasil antibiotik: Bakteri : -Pseudomodales Æ 87 atb -Pseudomodaceae Æ 84 -Eubacteriales Æ 274 atb -Enterobacterilaceae Æ 36 atb -Micrococcaceae Æ 16 atb -Lactobacillaceae Æ 28 atb -Bacillacea Æ 171 atb Æ Bacillus Æ 167 atb
Mikroba penghasil antibiotik: Bakteri : -Actinomycetales Æ 2078 atb -Mycobacteriaceae Æ 4 atb -Actinoplanaceae Æ 18 atb -Streptomycetaceae Æ 1950 atb - Streptomyces Æ 1922 atb -Micromonosporaceae Æ 41 atb -Thermoactinomycetaceae Æ 17 atb -Nocardiaceae Æ 48
Klasifikasi Antibiotik: 1. Atb mengadung karbohidrat - gula murni Æ nojimisin - aminoglukosida Æ streptomicin - Ortomisin Æ Everninomisin - N-gliksida Æ sterptotrisin - C-glukosida Æ Vancomisin - glikolipid Æ Moenomisin 2. Makrosiklik lakton - Atb makrolida Æ erytromisin - atb polyene Æ Candisidin - ansamisin Æ Rifamisin - Makrotetrolida Æ tertranamisin
Klasifikasi Antibiotik: 3. Atb quinon - tetrasiklin Æ tertrasiklin - anthrasiklin Æ adriamisin - naftoquinon Æ actinorhodin - benzoquinon Æ mitomisin 4. Peptida & asam amino - turunan as. amino Æ cycloserin - β-laktam Æ penicillin - peptida Æ basitrasin - chromopeptida Æ actinomisin - peptida pengkelat Æ bleomisin
Klasifikasi Antibiotik: 5. Heterosilik + nitrogen - nukleosida Æ polimiksinin 6. Heterosiklik + oksigen - polieter Æ monensin 7. Turunan Alisiklik - turunan sikloalkana Æ sikloheksimid - steroid Æ asam fusidat 8. Aromatik - turunan benzen Æ kloramphenikol - aromatik eter Æ novobiosin 9. Atb alifatik - syw + fosfor Æ fosfomisin
Aplikasi antibiotik: ÆSpektrum atb : - luas Æ aktif untuk berbagai organisme - sempit Æ aktif pada orgamisne tertentu
1. Antitumor : Æ syw sitostatik 2. Penyakit tanaman : Æ awal: - streptomisin Æ Xanthomonas oryzae Pseudomonas 3. Pengawet makanan : Æ aturan penggunanaan Æ piramisin : - permukaan makanan - fungisida Æ tylosin : - efektif thd spora bacillus Makanan kaleng Æ nisin : efektif thd clostridia
Aplikasi antibiotik: 4. Makanan ternak : Æ memicu pertumbuhan ternak Aplikasi Æ aturan !!!
Germ free
5. Studi biokimia & biologi molekuler : Æ selective inhibitor: - penting utk pelajari fungsi sel -replikasi DNA - transkripsi -Translasi -Sintesis dinding sel
Nilai ekonomi antibiotik: ÆProduksi lebih dari 100 000 ton per tahun ÆTh 1980: penjualan + $ 4.2 milyar ÆDi US + $ 1 milyar per tahun: Æ 1. Cephelosporin 2. Tetrasiklin Æ Utk makanan ternak: + $ 100 juta per tahun -sebelum 1960 : 5 % isolat baru atb digunakan utk terafeutik -Selanjutnya Æ 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 ??? ÆAtb alami tidak optimal utk terafeutik Æ perlu pengembangan: - peningkatan aktivitas - mengurangi efek samping - memperluas spektrum -meningkatkan selektivitas Æ Adanya perkembangan resistensi ÆModifikasi secara kimiawi ÆModifikasi secara genetik: - mutasintesis - DNA rekombinan - fusi protoplas
Antibiotik β-Laktam ÆPenisilin ÆCephalosporin ÆCephamisin
Antibiotik peptida
Antibiotik efektif
Penilisin: -Fleming (1929) Æ Penicillium notatum -Diisolasi th 1940 -Pertama digunakan th 1941 -Dihasilkan oleh banyak fungi: - Penicillium - Aspergillus
Penisilin alami: Æ efektif thd banyak bakteri Gram positif Æ labil thd asam Æ diinkativasi oleh penisilin β-laktamase Cincin Β-laktam Menghambat sintesis peptidoglikan Æ target: transpeptidase & D-alanin karboksipeptidase Polimerase peptidoglikan terhambat ÆHambat sel yang sedang tumbuh ÆTidak hambat sel yang tidak tumbuh
Struktur dasar dari penisilin: Æ 6- asam aminopenisilat (6-APA) Terdiri dari cincin thiazolidin dg cincin β-laktam 6-APA membawa berbagai macam gugus akil Fermentasi tanpa prekursor akil Æ produksi bermacam penisilin alami Hanya benzilpenisilin yg berguna utk terapeutik + prekursor akil Æ produksi penisilin yg diinginkan
Struktur Penilisin:
Cincin β-laktam Residu gugus akil
Cincin thiazolidin
6-asam aminopenisilat
Produksi komersil: - Alami Æ Penisilin G,V, & O -semisintetik: Æ Penisilin G secara kimia or enzimatik Split Æ 6-APA Dibuat turunannya Æ + syw akil Penisilin akilase
Biosintesis: Cincin β-laktam-thiazolidin ; Æ dikontruksi dari L-cystein & L-valin Æ proses non ribosomal: tripeptida 2 aa & L-α-asam aminoadipat (L-α-AAA) Produk I dari siklisasi : isopenisilin N (reaksi biokimianya belum dimengerti) Benzilpenisilin: Æ pertukaran L-α-AAA dg asam penilasetat teraktivasi
Biosintesis penisilin: Penicillium chrysogenum
HOOC-CH-CH2-CH2-CH2-COOH NH2 L-α-Asam Aminoadipat (L-α-AAA) Cys L-α-AAA-Cys Val L-α-Aminoadippyl-Cysteinil-D-Valine Siklisasi 2 tahap H L-α-AAA– N
S N
O
L-α-AAA-CoA-SH H -CH2-CO– N
Isopenilisin N
fenilasetat
S N
O
COOH
Benzil-penisilin
COOH
Penisilin transakilase
Biosintesis penisilin: Ædipengaruhi [fosfat] Æ Direpresi glukosa Fermentasi menggunakan laktosa Æ gula yg dimotabolisme lambat Pengembangan galur: Produksi : Æ galur Fleming = 2 IU/ml Æ sekarang = 85 000 IU/ml Peningkatan dari 0.0012 g/l Æ 50 g/l Dimulai th 1943
Program Seleksi galur & mutagenesis
Metode produksi: Penisilin G & V Æ diproduksi dg proses fermentasi submerged Æ kapasitas 40 000– 200 000 liter Æ aerobikÆ kendala suply O2 Æ tdk bisa lebih besar
Kurva pertumbuhan produksi penilisin :
Æproduksi selama 40 jam ÆDoubling time 6 jam: -pembentukan biomassa ÆDg fed-batch: - spi 120 – 160 jam
kembali
kembali
kembali
kembali
kembali
kembali
Cephalosporin Æ Cincin β-laktam + dihidrothiazin
Cephalosporium acremonium : - isolasi atb th 1953 - isolasi galur th 1945 Acremonium chrysogenum Æ - Cephalosporin Æ - Penisilin N Æ Cephalosporin steroid P1-P5 Cendawan : - Emericellopsis - Paecilomyces Streptomyces : S. lipmanii S. clavuligerus S. lactamdurans
Sifat: -spektrum luas -Toksisitas rendah - ~ ampisilin - resisten thd penisilin beta laktamase - rentan thd cephalosporin beta laktamase
Biosintesis:
[lisin] rendah
Produksi ningkat
Metode Produksi : Æ mirip produksi penisilin Æ Fermentasi: -fase pertumbuhan biomassa 90 jam -Spi 90 jam konsumsi O2 tinggi Æ perlu aerasi tinggi -90 – 160 jam Æ konsumsi O2 rendah -pH 7 -Suhu 25 – 28 C -Medium : - corn steep liquor - meat meal - sukrosa, glukosa - amonium asetat ÆScr kimia: - dari penisilin Æ harga penisilin rendah
β-laktam baru: Æ 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 kombinasiÆ aktivitas ningkat -Thienamisin : - β-laktam-pyrrolin - efektif pd Gram – & + - inaktivasi β-laktamase - Streptomyces cattleya - syw tidak stabil Æ dikembangkan stabilitas
Atb as. Amino & peptida:
ÆTurunan as. Amino : - sikloserin - azoserin Æβ-laktam ÆChromopeptida ÆDepsipeptida ÆLinier & siklik peptida
D-sikloserin: Æ D-4-amino-3-isoxazolidone Æ alami & sintetis - S. orchidoceus - S. lavendulae - S. garyphalus - S. roseochromogenes - Hambat sintesis dinding sel Æ hambat alanin racemase - enzim produksi alanin -efektif thd mycobacterium Æ M. tubercolosis -Utk TBC; kombinasi dg isotinat hidrazin & rifampisin or streptomisin
Aktinomisin: Æ atb chromopeptida
-fenoksazon-kromofor Æ unit dg pentapeptida-lakton Æ as. Amino bervaryasi -hambat RNA polimerase -Sangat toksikÆ rusak liver & ginjal -Utk tumor/kanker
Biosintesis:
Atb depsipeptida:
Subunit: Æ as. Amino Æ as. hidroksil
# Valinomisin: - nilai ekonomi rendah - digunakan pd penelitian biokimia Æ hambat fosforilasi oksidatif Æ carrier K+ - S. fulvissimus
# Virginiamisin: - efektif Gram + - pemicu pertumbuhan ternak unggas, babi, sapi - S. virginiae
Atb peptida linier & siklik: -MO : Æ Bacillus Æ sebagian besar atb peptida Æ Streptomyces -BM : 270 – 4500 -Sebagian besar siklik - di Bacillus produksi saat sporulasi Æ berperan dalam proses sporulasi -Aplikasi: terbatas Æ toksikÆ obat luar - Gramisidin Luka & - Tirosidin luka bakar - Basitrasin - polimiksin Æ infeksi Gram – - viomisin TBC - Capreonisin
Basitrasin:
A : BM 200 000 B : BM 210 000 C: BM 380 000
-nilai ekonomi penting -Produksi th 1976 + 500 ton -Obat luar dan makanan ternak -Bacillus lincheniformis -AktivitasÆ hambat sintesis dinding sel Æ sintesis peptidoglikan Biosintesis: Æ tidak melibatkan ribosom, mRNA, & tRNA Æ komplek multienzim dinamakan: “MESIN THIOTEMPLATE” Æ ATP & Mg2+
“MESIN THIOTEMPLATE”
Metode produksi:
Atb Karbohidrat:
Æ Turunan gula & glikosida
Nojirimisin: Æ efektif thd Sarcina lutea & Xanthomonas oryzae Æ aktif menghambat α & β glukosidase dan amilase
Atb Karbohidrat: ÆEfektif pd Gram – ÆUtk infeksi akut ÆToksikÆ kerusakan ginjal ÆEfek samping: kurang pendengaran
Streptomisin: ÆAktivitas : 1. Hambat sintesis protein Æ ikat unit 12S dari subunit 30 S Æ salah kode & baca Æ 12 S situs aktif pengikatan aminoakil-tRNA & tMet-tRNA 2. Rusak membran sel Æ hambat translokasi peptidil-tRNA Æ kebocoran molekul BM kecil ÆBiosintesis: Æ banyak enzim yg diketahui tapi belum dimengerti benar
Metode produksi:
-fermentasi : Æ 150 000 l Æ suhu 28 – 30 C Æ pH 7 Æ waktu 4 – 7 hari Æ sumber C : pati/dekstrin Æ sumber N : soy meal
Atb makrosiklik lakton: ÆEfektif pd Gram + ÆHambat sintesis protein Æ ikat subunit ribosom 50 S ÆS. erythreus -Eritromisin
Metode produksi:
-fermentasi submerged: Æ glukosa Æ soy meal Æ (NH4)2SO4 Æ NaCl Æ CaCO3 Æ pH
50 g/l 30 g/l 3 g/l 5 g/l 6 g/l 7
Tetrasiklin: ÆStruktur dasar cincin naftalena ÆPengguanaan luas ÆSpektrum luas: Gram +, -, riketsia, mycoplasma, spiroket, klamidia ÆAktivitas: hambat sintesis protein Æ subunit 30S: hambat ikatan aminoakil-tRNA ke situs A ribosom -aplikasi : - manusia - veteriner - ternak: unggas, babi - pengawetan : daging, unggas, ikan
Pengembangan: Æ Rekayasa genetik ? -Transformasi Æ Streptomyces -Antibiotik baru
???
