Бензилпеницилин. Расчетная задача.
Огромная группа микроорганизмов, принадлежащая к плесневым грибам, образует более 2500 видов антибиотических веществ, некоторые из которых применялись и применяются в медицине, получив всемирное признание в качестве лекарств от различных инфекционных заболеваний. Первым веществом, названным антибиотиком и применявшимся для спасения жизней от бактериальных инфекций, традиционно считают открытый в 1929 г Александром Флемингом пенициллин. Десять лет спустя открытием Флеминга заинтересовались Эрнст Чейн и Говард Флори, которым удалось впервые выделить и очистить пенициллин, что вызвало широкий научный и коммерческий интерес к производству этого препарата. В СССР изучать пенициллин начала Зинаида Виссарионовна Ермольева, под чьим руководством был получен очищенный пенициллин крустозин, спасший жизни многим солдатам во время Великой Отечественной Войны.
Структура пенициллина, как и пути его биосинтеза, были открыты намного позже. Основная проблема, с которой независимо столкнулись советские, английские и американские биотехнологи, заключалась в низком выходе пенициллина. На рисунке представлена динамика накопления бензилпенициллина (а именно эта молекула в ряду антибиотиков была открыта первой) его основным продуцентом – грибом Penicillium chrysogenum. На горизонтальной оси отложено время культивирования, а на вертикальной – концентрация антибиотика в 1 мл культуральной жидкости, в которой развивается продуцент. В промышленности антибиотик всегда получали в момент максимума его образования.
За единицу активности бензилпенициллина принято минимальное количество препарата, способное задерживать рост золотистого стафилококка в 50 мл питательной среды. Для лечения одного пациента от стафилокковой инфекции требовалось количество антибиотика, обладающее активностью в 50 000 000 ед. Для очищенного Чейном и Флори бензилпенициллина было показано, что его активность составляет 1667 ед./мг препарата. Посчитайте, какой объем культуральной жидкости требовался до оптимизации промышленного получения бензилпенициллина для лечения одного пациента от стафилококковой инфекции?
1. Проанализируем график: в максимуме образования продуцентом бензилпенициллина выход бензилпенициллина составляет 30 мкг/мл
2 балла
2. Вычислим, сколько мг пенициллина нужно для лечения одного пациента, поделив 50 000 000 ед на 1667 ед./мг:
50 000 000 ед : 1667 ед./мг = 29 994 мг (допускалось округление до 30 000 мг)
3 балла
3. Для удобства переведем мг в мкг 29 994 мг = 29 994 000 мкг
3 балла
4. Так как из 1 мл культуральной жидкости извлекали только 30 мкг антибиотика, то, чтобы получить нужное количество для лечения одного пациента, необходимо было 29 994 000 мкг разделить на 30 мкг / мл 29 994 000 мкг :
30 мкг/мл = 999 800 мл = 999.8 л
3 балла
Альтернативный вариант решения:
1. Проанализируем график: в максимуме образования продуцентом бензилпенициллина выход бензилпенициллина составляет 30 мкг/мл
2 балла
2. Для удобства переведем мкг/мл в мг/мл 30 мкг/мл = 0,03 мг/мл
3 балла
3. Вычислим активность полученного бензилпенициллина в 1 мл:
1667 ед./мг \cdot 0.03 мг/мл = 50.01 ед./мл
3 балла
4. Рассчитаем, какой объем культуральной жидкости с активностью 50.01 ед./мл нужен для получения 50 000 000 ед. антибиотика.:
50 000 000 ед. /50,01 ед./мл = 999 800 мл = 999.8 л
3 балла
Ответ: 999.8 л культуральной жидкости.
Допускалось округление до 1000 л.
1 балл за пункт в решении ставился, если в вычислениях на данном этапе была допущена ошибка, искажающая дальнейший ход решения, но при этом участником были верно описаны действия, которые необходимо выполнить.
Если единицы измерения не были указаны, то все задание оценивалось в 0 баллов. Ответы без решения оценивались в 0 баллов. Возможны другие пути решения, не искажающие смысл задачи и содержащие правильный ответ.