Efeito da temperatura e de concentração de amônio na produção de ácido clavulânico por Streptomyces clavuligerus

Abstract

O ácido clavulânico (AC) é um antibiótico β-lactâmico com potente atividade inibitória de β-lactamases, enzimas que hidrolisam o anel β-lactâmico, destruindo o local onde os fármacos β-lactâmicos se ligam às PBPs (proteínas ligadoras de penicilina), exercendo sua ação. O AC tem sido aplicado como adjuvante no tratamento de infecções em combinação com outros antibióticos sensíveis à ação β-lactamases. O AC é produzido a partir de Streptomyces clavuligerus, uma bactéria filamentosa. Em geral, o cultivo para produção de AC é sujeito a efeitos de parâmetros, como temperatura, fontes nitrogênio, agitação e aeração, entre outros. Sabe-se que temperatura influencia o crescimento do microrganismo e a produção do AC, assim como o íon amônio resultante do metabolismo bacteriano é um importante composto quando se trata de degradação e estabilidade da molécula de AC no meio de cultivo. Contudo, não são encontrados na literatura trabalhos que correlacionem o efeito conjunto dois fatores sobre a produção do AC. No presente trabalho foram realizados inicialmente 3 cultivos em mesa incubadora rotativa, C-30 (30°C), C-25 (25°C) E C-20 (20°C), avaliando-se a produção de AC, o consumo de glicerol e a produção de amônio. Um cultivo em biorreator utilizando a melhor condição para produção de AC obtida a partir dos ensaios anteriores, avaliando os mesmos parâmetros dos cultivos iniciais. Por fim foram realizados testes de degradação de AC utilizando solução aquosa e componentes do meio de cultura em diferentes concentrações de amônio. Nos ensaios de degradação observou-se grande influência do íon amônio sobre a estabilidade da molécula de AC. Os resultados mostraram uma correlação entre a produção de íon amônio e temperatura, uma vez que houve maior produção de AC e menor produção de íon amônio com a redução da temperatura. A produção de íon amônio aumentou significativamente após a exaustão do glicerol, possivelmente devido à adaptação do microrganismo ao meio após o consumo total da fonte de carbono. Foi possível concluir que a grande produção do íon amônio influenciou diretamente na degradação da molécula de AC. A maior produção do íon amônio ocorreu quando utilizada temperatura mais elevada, mostrando a influência deste parâmetro no processo. Maior a temperatura, maior produção de íon amônio, menor estabilidade da molécula de AC e maior degradação desta.

Clavulanic Acid (CA) is a β-lactam antibiotic with a potent inhibitory activity of βlactamases, enzymes that hydrolyze β-lactam ring binding, destroying the site where β-lactam drugs bind to PBPs (penicillin binding proteins), exercising its actions. The CA has been being applied as an adjuvant in the treatment of infections in combination with other β-lactamases action-sensitive antibiotics. CA is produced from Streptomyces clavuligerus, a filamentous bacterium. In general, the cultivation process for CA production is subject to effects of operational parameters, such as temperature, nitrogen sources, agitation and aeration, among others. It is known that temperature influences the growth of microorganism and the production of CA, as well as ammonium, as well as ammonium resulting from bacterial cell metabolism, an important compound when it comes to degradation and stability of the molecule at growing medium. Although, no study has been found in literature, that correlates the effects of these two influents under CA production. In this present study, initially has been elaborated three cultures carried out in a rotating incubator table, C-30 (30ºC), C25 (25 ºC) and C- 20 (20 ºC), evaluating the production of CA, the consumption of glycerol, the production of ammonium in the growth medium, with growth in a bioreactor, using the best conditions for the production of CA, from previous trials, evaluating the same parameters of the initial cultures and degradation tests of CA using aqueous solution and components of the growth medium in different ammonium concentrations. The results show a correlation between the production of ammonia and temperature, once it had more production of CA and less production of ammonium ion with a decrease of the temperature. Ammonium ion production increased significantly after the glycerol depletion possibly due the adaptation of the microorganism to the medium after the total consumption of the carbon source. It is possible to conclude that the great ammonium production directly influenced the degradation of the CA molecule, this higher ammonium production occurred when the highest temperature was used, showing the influence of this parameter on the CA production, the higher temperature, the higher ammonium ion production, lower stability of the CA molecule and greater degradation thereof.