Mikroba Penghasil Antibiotik

Mikroba Penghasil Antibiotik
Antibiotik metabolit sekunder
hambat pertumbuhan org lain pd konsentrasi redah
Alexander Fleming (1929)
Penicillium notatum hambat staphlococcus
Awal era antibiotik
Perkembangan : - 1963 513 atb
- 1974 4076 atb
- 1980-an 6000 atb
Produksi antibiotik Fermentasi
Semisintetik

Mikroba penghasil antibiotik:
Bakteri, Actinomycetes, & Cendawan
Fungi :
-Phycomycetes 14 atb
-Ascomycetes 299 atb
-Aspergillacea 242 atb
Penicillium 123 atb
Aspergillus 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 sitostatik
2. Penyakit tanaman :
awal: - streptomisin Xanthomonas oryzae
Pseudomonas
3. Pengawet makanan : aturan penggunanaan
piramisin : - permukaan makanan
- fungisida
tylosin : - efektif thd spora bacillus
nisin : efektif thd clostridia
Makanan kaleng

Aplikasi antibiotik:
4. Makanan ternak : memicu pertumbuhan ternak
Aplikasi aturan !!!
Germ free
5. Studi biokimia & biologi molekuler :
selective inhibitor: - penting utk pelajari fungsi sel
-replikasi DNA
- transkripsi
-Translasi
-Sintesis dinding sel

Nilai ekonomi antibiotik:
Produksi lebih dari 100 000 ton per tahun
Th 1980: penjualan + $ 4.2 milyar
Di US + $ 1 milyar per tahun: 1. Cephelosporin
2. Tetrasiklin
Utk 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 terafeutik
perlu pengembangan:
- peningkatan aktivitas
- mengurangi efek samping
- memperluas spektrum
-meningkatkan selektivitas
Adanya perkembangan resistensi
Modifikasi secara kimiawi
Modifikasi secara genetik: - mutasintesis
- DNA rekombinan
- fusi protoplas

Antibiotik β-Laktam
Penisilin
Cephalosporin
Cephamisin
Antibiotik peptida
Penilisin:
Antibiotik efektif
-Fleming (1929) Penicillium notatum
-Diisolasi th 1940
-Pertama digunakan th 1941
-Dihasilkan oleh banyak fungi: - Penicillium
- Aspergillus

Penisilin alami: efektif thd banyak bakteri Gram positif
labil thd asam
diinkativasi oleh penisilin β-laktamase
Cincin Β-laktam
Menghambat sintesis peptidoglikan
target: transpeptidase & D-alanin karboksipeptidase
Polimerase peptidoglikan terhambat
Hambat sel yang sedang tumbuh
Tidak 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

Struktur Penilisin:
Cincin
β-laktam
Cincin
thiazolidin
Residu gugus akil
6-asam aminopenisilat

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-valin
proses 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

Biosintesis penisilin:
Penicillium chrysogenum
HOOC-CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH
NH 2
L-α-Asam Aminoadipat (L-α-AAA)
Cys
Val
L-α-AAA-Cys
L-α-Aminoadippyl-Cysteinil-D-Valine
H
L-α-AAA–N
S
Siklisasi 2 tahap
H
-CH 2 -CO–N
S
L-α-AAA-CoA-SH
O
N
COOH
Isopenilisin N
fenilasetat
O
N
COOH
Benzil-penisilin
Penisilin transakilase

Biosintesis penisilin:
dipengaruhi [fosfat]
Direpresi glukosa
Fermentasi menggunakan laktosa
gula yg dimotabolisme lambat
Pengembangan galur:
Produksi : galur Fleming = 2 IU/ml
sekarang = 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 submerged
kapasitas 40 000– 200 000 liter
aerobik kendala suply O 2 tdk bisa lebih besar

Kurva pertumbuhan produksi penilisin :
produksi selama 40 jam
Doubling time 6 jam:
-pembentukan biomassa
Dg 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 N
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 : mirip produksi penisilin
Fermentasi:
-fase pertumbuhan biomassa 90 jam
-Spi 90 jam konsumsi O 2 tinggi perlu aerasi tinggi
-90 – 160 jam konsumsi O 2 rendah
-pH 7
-Suhu 25 – 28 C
-Medium : - corn steep liquor
- meat meal
- sukrosa, glukosa
- amonium asetat
Scr kimia: - dari penisilin
harga 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
- azoserin
β-laktam
Chromopeptida
Depsipeptida
Linier & siklik peptida
D-sikloserin: D-4-amino-3-isoxazolidone
alami & 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-kromofor
unit dg pentapeptida-lakton
as. Amino bervaryasi
-hambat RNA polimerase
-Sangat toksik rusak liver & ginjal
-Utk tumor/kanker

Biosintesis:

Atb depsipeptida:
Subunit: as. Amino
as. hidroksil
# Valinomisin: - nilai ekonomi rendah
- digunakan pd penelitian biokimia
hambat fosforilasi oksidatif
carrier K +
- S. fulvissimus

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

Atb peptida linier & siklik:
-MO : Bacillus sebagian besar atb peptida
Streptomyces
-BM : 270 – 4500
-Sebagian besar siklik
-di Bacillus produksi saat sporulasi
berperan dalam proses sporulasi
-Aplikasi: terbatas toksik obat luar
- Gramisidin
- Tirosidin
Luka &
- Basitrasin
luka bakar
- polimiksin infeksi Gram –
- viomisin
- Capreonisin
TBC

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
-Aktivitas hambat sintesis dinding sel
sintesis peptidoglikan
Biosintesis:
tidak melibatkan ribosom, mRNA, & tRNA
komplek multienzim dinamakan:
“MESIN THIOTEMPLATE”
ATP & Mg 2+

“MESIN THIOTEMPLATE”

Metode produksi:

Atb Karbohidrat:
Turunan gula & glikosida

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

Atb Karbohidrat:
Efektif pd Gram –
Utk infeksi akut
Toksik kerusakan ginjal
Efek samping: kurang pendengaran

Streptomisin:
Aktivitas : 1. Hambat sintesis protein
ikat unit 12S dari subunit 30 S
salah kode & baca
12 S situs aktif pengikatan aminoakil-tRNA &
tMet-tRNA
2. Rusak membran sel
hambat translokasi peptidil-tRNA
kebocoran molekul BM kecil
Biosintesis: banyak enzim yg diketahui tapi
belum dimengerti benar

Metode produksi:
-fermentasi :
150 000 l
suhu 28 – 30 C
pH 7
waktu 4 – 7 hari
sumber C : pati/dekstrin
sumber N : soy meal

Atb makrosiklik lakton:
Efektif pd Gram +
Hambat sintesis protein
ikat subunit ribosom 50 S
S. erythreus
-Eritromisin

Metode produksi:
-fermentasi submerged:
glukosa 50 g/l
soy meal 30 g/l
(NH 4 ) 2 SO 4 3 g/l
NaCl 5 g/l
CaCO 3 6 g/l
pH 7

Tetrasiklin:
Struktur dasar cincin naftalena
Pengguanaan luas
Spektrum luas: Gram +, -, riketsia,
mycoplasma, spiroket, klamidia
Aktivitas: hambat sintesis protein
subunit 30S: hambat ikatan aminoakil-tRNA
ke situs A ribosom
-aplikasi : - manusia
- veteriner
- ternak: unggas, babi
- pengawetan : daging, unggas, ikan

Pengembangan:
Rekayasa genetik ?
-Transformasi Streptomyces
-Antibiotik baru
???