Розробка технології виробництва олігоміцину А
Автор: Циганенко Остап Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Біотехнології та біоінженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У магістерській кваліфікаційній роботі на тему «Розробка технології виробництва олігоміцину А» представлений проєкт виробничого цеху, продуктом якого є антибіотик олігоміцин А, що за будовою є макроциклічним лактоном [1]. Олігоміцин А здатний до інгібування процесів окисного фосфорилювання еукаріотичної клітини шляхом блокування F0 субодиниці АТФ-синтази, завдяки чому препарат проявляє антимікотичну та протипухлинну дію, проте, через високу цитотоксичність не може бути застосований у медичних цілях [2]. Олігоміцин А переважно використовується у біохімічних дослідженнях енергетичного обміну клітин, а саме: у дослідженнях механізмів клітинного дихання, у вивченні явища мітохондріального роз’єднання, у дослідженнях альтернатичних шляхів енергетичного обміну [3]. Розуміння енергетичного обміну клітин є важливим для вивчення ракових та нейродеенеративних захворювань, тому олігоміцин А також застосовується для аналізу метаболічної пластичності ракових клітин та оцінки терапевтичних стратегій боротьби з онкологічними захворюваннями, вивчення механізмів мітохондріальної дисфункції, що є причинами хвороб Альцгеймера та Паркінсона тощо [4]. Олігоміцин А не застосовується у терапевтичних цілях, оскільки є токсичним для еукаріотичних клітин, проте він є основою для синтезу сполук, що є перспективними протипухлинними препаратами: 33-дегідроолігоміцин, 33-дезокси-33-азидоолігоміцин А, епіолігоміцин А тощо. Ці сполуки є менш токсичними для власних клітин людини, проте показують значні результати у боротьбі з раковими клітинами [5]. Розробка проєкту виробництва олігоміцину А дозволить збільшити доступність препарату для науковців, що може стати поштовхом до посилення наукового інтересу до процесів клітинного дихання серед українських вчених та посилення досліджень хіміорезистентності пухлин та механізмів розвитку та лікування нейродегенеративних захворювань. Продуцентами, що можуть бути використані для синтезу олігоміцину А, є стрептоміцети, такі як Streptomyces avermitilis, S. diastatochromogenes, S. diastaticus тощо [6]. Для промислового виробництва було обрано штам S. avermitilis L033, що активно продукує різноманітні вторинні метаболіти,у тому числі й олігоміцин А. Продуцент належить до грампозитивних аеробних нитчастих паличкоподібних мікроорганізмів, є мезофілом та облігатним аеробом [7]. Оскільки рід S. avermitilis здатний до утилізації великої кількості різноманітних субстратів, у тому числі й полісахаридів, для виробничого синтезу основним джерелом вуглецю у складі поживного середовища обрано крохмаль розчинний. Для росту продуцента також необхідне джерело нітрогену (сухі дріжджі, багаті на білок), а також мінеральні солі: магнію сульфат гептагідрат, калію гідрофосфат тригідрат, калію хлорид, кальцію карбонат [8]. Культивування продуцента здійснюється глибинним аеробним методом. Оскільки штам S. avermitilis L033 належить до мезофільних, оптимальною температурою для його культивування є температура 28 ± 1 °С. Значення рН при культивуванні має бути нейтральним (7,0) [8]. Під час виконання роботи було проведене дослідження літературних даних щодо будови, властивостей, механізму дії та використання олігоміцину А, а також досліджено особливості продуцента, яким є штам Streptomyces avermitilis L033, завдяки чому розроблена технологічна схема виробництва продукту, що включає такі етапи, як приготуваня та стерилізація середовища, приготування посівного матеріалу, відділення клітинної маси шляхом центрифугування, екстрагування, фільтрування, упарювання технічного продукту, хроматографічне очищення, упарювання кінцевого продукту. Виконано матеріальні, технологічні та теплові розрахунки передферментаційних процесів, ферментації та подальшої обробки культуральної рідини з метою очищення цільового продукту. На основі розрахунків обране основне та допоміжне обладнання, розроблена принципова апаратурно-технологічна схема виробництва та креслення основного апарату. Розроблено план будівлі цеху та його поперечний та повздовжній перерізи. Проведено економічні розрахунки, що дозволили визначити собівартість та ціну одиниці продукції, а також рентабельність та термін окупності виробництва. Ключові слова: олігоміцин, антибiотик, протипухлинний препарат, окисне фосфорилювання, Streptomyces avermitilis. 1. Nakata, M., Ishiyama, T., Akamatsu, S. et al. Synthetic studies on oligomycins. Synthesis of the oligomycin B spiroketal and polypropionate portions. Bulletin of the Chemical Society of Japan. 2015. Vol. 68. P. 967-–989. doi: 10.1246/bcsj.68.967. 2. [Електронний ресурс]: CallSignal. Oligomycin. Режим доступу: https://www.cellsignal.com/products/activators-inhibitors/oligomycin/9996?srsltid=AfmBOooj2jhT4ZZfux0lGzx2PG26xh5wZU583omtRcc_8_sL0qWtSOwf. Дата звернення: 19.03.2025. 3. [Електронний ресурс]: CommonChemistry. Режим доступу: https://commonchemistry.cas.org/detail?cas_rn=579-13-5. Дата звернення: 25.03.2025. 4. Wang, L., Lu, D., Huo, M. et al. Oligomycin A induces apoptosis?to?pyroptosis switch against melanoma with sensitized immunotherapy. Advanced Functional Materials. 2022. Vol. 32(4). P. 210-222. doi: 10.1002/adfm.202106332. 5. Lysenkova, L. N., Saveljev, O. Y., Omelchuk, O. A. et al. Synthesis, antimicrobial and antiproliferative properties of epi-oligomycin A, the (33S)-diastereomer of oligomycin A. Natural Product Research. 2019. Vol. 34(21). P. 3073–3081. doi: 10.1080/14786419.2019.1608540. 6. Pagliarani, A., Nesci, S., Ventrella, V. Modifiers of the oligomycin sensitivity of the mitochondrial F1F0-ATPase. Mitochondrion. 2013. Vol. 13(4). P. 312-319. doi: 10.1016/j.mito.2013.04.005. 7. Cerna-Chavez, E., Rodriguez-Rodriguez, J. F., Garcia-Conde, K. B. Potential of Streptomyces avermitilis: A Review on Avermectin Production and Its Biocidal Effect. Metabolites. 2024. Vol. 1. P. 238-242. doi: 10.3390/metabo14070374. 8. [Електронний ресурс]: BacDive. Режим доступу: https://bacdive.dsmz.de/strain/16214. Дата звернення: 20.04.2025.