Víte, jak se vyrábí penicilin ? Nejspíš každý z čtenářů má s penicilinem osobní zkušenost a byl s ním někdy léčen. Zlatý lék na bakteriální infekce objevil v roce 1928 skotský bakteriolog Alexander Fleming, ale výroba se zásluhou H. Floreyho a E. Chaina z Univerzity Oxford podařila až za války 1942. Všichni tři dostali po válce Nobelovu cenu. Zaslouženě, penicilin zachránil stovky tisíc životů vojákům spojeneckých armád. A také ovšem později civilistům. Představte si, že v roce 1900 v USA pět z deseti úmrtí šlo na vrub infekčních chorob, celých 50%. Nebylo je čím účinně léčit. Dnes je úmrtnost jen 0,033%, 150x menší! Díky penicilinu
a antibiotikům. Ale, zamysleli jste se někdy nad tím, jak penicilin vůbec vyrábíme?
Není to obvyklá chemická výroba, ale výroba biochemická, také fermentační. Ta v sobě kombinuje znalosti inženýrské, chemické, fyzikální, biochemické a nakonec i ekonomické. Umí z jednoduchých látek vyrábět složité produkty, chemickou syntézou nevyrobitelné, pomocí procesů mechanických, tepelných, separačních, hydroprocesů, chemických, biologických aj. Na to, jak využít živé mikroorganismy ku prospěchu člověka přišel Louis Pasteur (1822-1895). Objevil kvasinky a všelicos o zkvašování moštu na víno. Dnes pomocí fermentačních výrob vyrábíme stovky cenných produktů od enzymů přes léčiva a aminokyseliny až po nápoje a tyto výroby se staly mocným odvětvím praktické chemie. V Evropě a USA je na 700 produkčních firem s 200 000 zaměstnci a obratem 140 mld. USD a jen v samotné Číně 2 000 výrobců, mají 270 000 zaměstnanců a trh 73 mld. USD. Obor celosvětové roste o 7% ročně.
Jak fermentační výroba probíhá? Především musíte mít mikroorganismus, který žádanou látku produkuje. U penicilinu je to plíseň Penicillium, jinak to mohou být i aktinomycety nebo bakterie. Laboratorně se šlechtí, aby byla produkce co největší. Třeba u penicilinu vzrostla z původních 5-20 mg/l živné půdy zhruba 1000x, na 20 g a více. Pak se musíme naučit producenta kultivovat ve velkých objemech v tzv. fermentorech. Ty mají objem až 150 000 l a očkovací medium se do nich vnáší v několika krocích s postupně se zvyšujícím objemem. Kultivace trvá obvykle 110-130 hodin při optimální teplotě (u penicilinu 24°C). Ve fermentační půdě musí být všechny potřebné živiny (dodávají se i průběžně, tou hlavní je cukr, sojová mouka a sojový olej) a obsah se musí intenzivně provzdušňovat. Sterilně, a to není vůbec technicky jednoduché! Představte si jenom sterilně utěsnit velké míchadlo nebo všechny vstupy do fermentačního tanku a sterilizovat obrovské množství vzduchu. Penicilin se uvolňuje do živné půdy. Po ukončení procesu se obsah fermentoru zfiltruje, tím odstraní biomasa plísně a penicilin extrahuje vhodným rozpouštědlem (např. butylacetátem). Potom se vysráží a opakovaně čistí krystalizací, upravuje do lékové formy a sterilně plní. Penicilin G pro injekční podání do typických lahviček, penicilin V jako dražé. Naše veliká federální penicilinka Biotika byla na Horehroní ve Slovenské Lupči nedaleko Banské Bystrice. Dnes je z ní torzo s desetinou původních zaměstnanců. Bakterie se ale nepoddávají léčbě odevzdaně a budují si rezistenci. Léčivo se postupně stává neúčinným. Příčinou je nadměrná preskripce antibiotik i ve zbytečných případech (třeba proti virovým chorobám, kdy nejsou účinná a lékař podlehne tlaku pacienta), používání v živočišné výrobě pro krmné účely a prevenci chorob, samoléčení, porušení předepsaného dávkování a přirozený obranný mechanismus mikrobů. Cestou vpřed jsou nová antibiotika. Nepřetržitě se hledají. Novinka jak pro mikroby, tak pro lékaře. A tak na scénu přišel streptomycin, tetracykliny, cefalosporiny, polymixiny, makrolidy aj. Bakterie se ale nepřestávají bránit a dnes jsou na scéně kmeny způsobující vážné choroby (malarii, tyfoidní horečku, kapavku, hnisavá onemocnění) rezistentní vůči léčbě antibiotiky. Většinou mají enzymatické systémy, které antibiotika inaktivují. Takže antibiotika již nejsou takovým zázrakem jako v minulosti, ztrácejí účinnost a vyvolávají obavy nad možnostmi léčby v budoucnosti. Úplně nových antibiotik máme na třicítku a jsou příslibem, ale jejich výzkum není ani levný, ani rychlý a ani snadný. Některá mají navíc nežádoucí vedlejší účinky. Farmaceutické firmy se do výzkumu nijak nehrnou, návratnost investic je totiž diskutabilní a vývoj nesmírně drahý a zdlouhavý bez záruk úspěchu.
-izk-