Перспективные направления получения стероидных соединений.

Итак, первым запатентованным процессом микробной трансформации стероидов является процесс 11α-гидроксилирования прогестерона некоторыми видами грибов, разработанный еще в 1937 г., но внедрить его в промышленность удалось лишь 1952 г.

С технологической точки зрения этот процесс не потерял актуальности и в настоящее время. Сегодня в данном процессе используются такие виды грибов, которые обладают весьма высокой специфичностью относительно места гидроксилирования.

Дальнейшие усовершенствования процесса биоконверсии стероидных соединений может быть основано на использовании спор грибов или на изменении состава культуральных сред. Упомянутая выше трансформация может быть выполнена с высоким выходом при концентрации субстрата 20 – 50 г/л.

Схема применяемого в промышленности метода микробной трансформации прогестерона.

Прогестерон

Гидроксилирование Дегидрирование, отщепление боковой

группировки, раскрытие кольца

11α-гидроксипрогестерон 1-Дегидротестолактон

Сходным образом по положению 7 и 14 может быть гидроксилирован дезоксикортикостерон. Если провести 6α-метилирование ядра молекулы стероида, то нежелательного гидроксилирования по 7α-положению не произойдет. Направленное гидроксилирование путем химической модификации широко используется на практике для повышения эффективности процесса.

Большинство поступающих в продажу стероидов, обладающих противовоспалительным действием, - это производные преднизолона, и именно этим определяется важная роль процессов микробного гидроксилирования кортикостерона (вещества S Рейхштейна) и его производных.

В промышленном масштабе производство гидрокортизона путем гидроксилирования кортикостерона осуществляется при участии некоторых видов грибов (например, Cunninghamella blakesleeana) с начала 50-х гг. За это время процесс был неоднократно усовершенствован.

Проблемы, связанные с деградацией субстрата, которая происходит при обычных условиях производства, можно решить путем регулярного его добавления или использования других микроорганизмов, например, Thieghemella orchidis.

Кроме того, ход синтеза можно контролировать, применяя метод химической модификации. Так, метилирование по 16α-положению подавляет нежелательное восстановление кетогруппы при С₂₀, а образование уксуснокислого эфира по С₁₇ стереохимически препятствует другим побочным реакциям. Конечное превращение гидрокортизона в коммерческие продукты со структурой преднизолона также осуществляется с помощью микрооганизмов. Химические методы здесь явно проигрывают по сравнению с микробиологическим способом. Одной из главных реакций в этом процессе является образование 1,2-двойной связи; для дегидрогенизации по положению 1 используют главным образом Mycobacterium globiforme и Arthrobacter simplex. Выход этой реакции зависит от того, в какой форме подается субстрат. Если он поступает в среду в микрокристаллах, то концентрацию субстрата можно довести до 400 г/л и получить выход 80 – 90 %.

Таким образом, вещество S Рейхштейна (кортикостерон) под действием бактерий рода Curvularia lunata подвергается биологической трансформации в кортизол или гидрокортизон, который в свою очередь под действием бактерий рода Arthrobacter simplex подвергается биоконверсии, результатом которой является образование преднизолона.

При модификации прегнана получают многие фармакологически ценные кортикоиды, гестагены и анестезирующие средства стероидной природы. Их производство основано на проведении широкого спектра превращений, осуществляемых микробами.

Другой важной группой соединений, модифицируемых с помощью микроорганизмов, являются андростаны и эстраны. Их применяют в промышленном синтезе половых гормонов и минералокортикоидных соединений. Примером такого рода служит превращение дрожжами 4-андростен-3,17-диона в тестостерон. Все возрастающее значение приобретает процесс окислительного расщепления боковой цепи С₁₉-стероидов: он позволяет использовать дешевые стероиды для производства предшественников, идущих на синтез стероидов, крайне нужных фармакологам. И в этом случае приходится проводить химическую модификацию, чтобы предотвратить разрушение «скелета» молекул стероидов. Она заключается в гидроксилировании по положению С₉ и направляет процесс микробной перестройки структур на разрушение боковых цепей. Так, холестерол или его соли превращаются в 4-холестен-3-он и 1,4-андростадиен-3,14-дион.

Микроорганизмы находят также применение при производстве сырья для получения стероидов. Таким сырьем являются стерины; их основными источниками служат диосгенин из корней Ялка, стигмастерин и ситостерин, экстрагируемые из жмыха соевых бобов. При этом необходимо отщепить боковую цепь молекулы растительных стеринов, в ряде фармацевтических компаний обнаружили, что для этого экономически выгодно использовать микобактерии. Некоторые мутантные штаммы микобактерий не способны завершить разложение молекулы стерина, они-то и вызывают накопление промежуточных продуктов, удобных для синтеза стероидных гормонов. Все эти усовершенствования, особенно связанные с использованием микроорганизмов, постепенно снизили цену кортизона.

Промышленное производство стероидов постоянно растет, чтобы удовлетворять растущий спрос на них в связи с появлением новых сфер применения (например, в области лечения гормональных недостаточностей, кожных болезней, аллергических и воспалительных процессов). В 1978 г в мире производились четыре основных стероида (альдостерон, кортизон, преднизон, преднизолон) общей стоимостью 300 млн. долларов.

Иногда для биоконверсии требуются смешанные культуры или последовательное добавление микробных штаммов или видов, каждый из которых осуществляет специфическую стадию биоконверсии.

Использование иммобилизованных клеток, более стабильных, чем ферменты или клеточные культуры, дает возможность повышать эффективность биоконверсии или уменьшать ее стоимость. Это может также помочь в решении проблем, связанных с нерастворимостью субстратов, таких как стероиды.