Проєкт технології виробництва гіалуронідази мікробним штамом Streptomyces koganeiensis

Abstract

Бурдик Х.В.; Курка М. (керівник). «Проєкт технології виробництва гіалуронідази мікробним штамом Streptomyces koganeiensis». Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка». Львів, 2024. Робота присвячена створенню проєкту виробництва мікробної гіалуронідази штамом Streptomyces koganeiensis. Гіалуронідаза є важливим ферментом, здатним розщеплювати гіалуронову кислоту, що має широкий спектр застосувань у медичній, косметологічній, фармацевтичній та ветеринарній галузях. Її використовують для поліпшення проникності тканин, зменшення набряків, розчинення гіалуронових філлерів, а також для лікування захворювань репродуктивної системи у ссавців, а також для обробки шкіри тварин у легкій промисловості [1-2]. Однак, незважаючи на високий попит, виробництво гіалуронідази залишається обмеженим через складність отримання стабільних та якісних продуктів. Використання мікроорганізмів, як джерело ферментів мають перевагу перед іншими джерелами, оскільки так ферменти можна одержати швидше та дешевше, а також можливо генетично маніпулювати продуцентами. Метою даної роботи є розробка ефективного біотехнологічного процесу для виробництва гіалуронідази за допомогою штаму Streptomyces koganeiensis. Цей мікробний штам був обраний через його високу здатність до біосинтезу гіалуронідази, що робить його вигідним для промислового виробництва ферменту. У роботі розглядаються і порівнюються три різні методи виробництва гіалуронідази. У всіх трьох методах проаналізовано етапи процесу, включаючи оптимізацію умов культивування, підбір відповідного поживного середовища, визначення оптимальних умов для максимального виходу ферменту, а також методи визначення активності гіалуронідази [3-5]. В основній частині можна ознайомитись з обґрунтуванням сучасного наукового стану теми, характеристикою мікроорганізма-продуцента, вихідних речовин та кінцевих продуктів. На основі запропонованих даних щодо технології виробництва та потужності проведені матеріальні розрахунки, результатом яких є узгоджений з проєктною потужністю матеріальний баланс культивування; технологічні розрахунки, під час яких визначено кількість та розміри стандартних апаратів для проведення процесів приготування та стерилізації поживного середовища, приготування посівного матеріалу, ферментації, відділення біомаси та ультрафільтрування; теплові розрахунки в результаті яких перевірено придатність до використання у даному процесі обраного попередньо ферментера. Наведено апаратурно-технологічну схему одержання мікробної гіалуронідази, креслення ферментера. Здійснено будівельне проєктування запроєктованого виробництва у відповідності до вимог і стандартів Належної Виробничої Практики (GMP) та будівельних норм і правил, яке представлено у вигляді креслень плану цеху та його повздовжнього і поперечного перерізів. Також проведено економічні розрахунки, в результаті яких визначено вартість витрат на основне обладнання, сировину та зарплату. Об’єкти дослідження: гіалуронідаза. Область досліджень: біотехнологія, косметологія, фармація, промислова біотехнологія. Мета дослідження: розробка ефективного біотехнологічного процесу для виробництва гіалуронідази з використанням мікробного штаму Streptomyces koganeiensis. Результати досліджень: розроблено апаратурно-технологічну схему одержання гіалуронідази та показано можливість її впровадження у виробництво, розраховано та підібрано основне та допоміжне обладнання та запропоновано його будівельне компонування згідно з вимогами та правилами GMP, а також пораховано економічну ефективність розробленого виробництва. Робота викладена на 95 сторінках (без літературних джерел і додатків) і складається із вступу, 5 розділів, висновків та списку використаної літератури, містить посилання понад 47 літературних джерел, в додатках наведено 6 аркушів креслень.

Burdyk K.V., Kurka M. (supervisor). "Project for the technology production of hyaluronidase by the microbial strain Streptomyces koganeiensis." Master's qualification thesis. – National University "Lviv Polytechnic." Lviv, 2024. This work is dedicated to the development of a project for the production of microbial hyaluronidase by the strain Streptomyces koganeiensis. Hyaluronidase is an important enzyme capable of breaking down hyaluronic acid, which has a wide range of applications in the medical, cosmetic, pharmaceutical, and veterinary fields. It is used to enhance tissue permeability, reduce swelling, dissolve hyaluronic acid fillers, and treat reproductive system diseases in mammals, as well as for skin processing in animals in the light industry [1-2]. However, despite the high demand, the production of hyaluronidase remains limited due to the complexity of obtaining stable and high-quality products. Using microorganisms as a source of enzymes has advantages over other sources, as enzymes can be obtained more quickly and cheaply, and it is also possible to genetically manipulate the producers. The goal of this work is to develop an efficient biotechnological process for producing hyaluronidase using the Streptomyces koganeiensis strain. This microbial strain was chosen due to its high ability to biosynthesize hyaluronidase, making it advantageous for industrial enzyme production. The thesis compares and evaluates three different methods for producing hyaluronidase. In all three methods, the stages of the process are analyzed, including the optimization of cultivation conditions, the selection of an appropriate nutrient medium, the determination of optimal conditions for maximum enzyme yield, and methods for determining hyaluronidase activity [3-5]. The main part provides an overview of the current scientific state of the topic, characteristics of the microorganism-producer, starting materials, and final products. Based on the proposed data on production technology and capacity, material calculations were carried out, resulting in an agreed material balance for cultivation with the project capacity; technological calculations determined the number and sizes of standard equipment for preparing and sterilizing the nutrient medium, preparing inoculum material, fermentation, biomass separation, and ultrafiltration; thermal calculations were made to check the suitability of the selected fermenter for use in the process. The principal technological diagram for obtaining microbial hyaluronidase and the fermenter design are presented. Construction planning of the projected production in accordance with the requirements and standards of Good Manufacturing Practice (GMP) and building codes is presented in the form of drawings of the workshop layout and its longitudinal and transverse sections. Economic calculations were also conducted, determining the cost of equipment, raw materials, and wages. Research objects: hyaluronidase. Field of research: biotechnology, cosmetology, pharmaceuticals, industrial biotechnology. Research goal: development of an efficient biotechnological process for producing hyaluronidase using the microbial strain Streptomyces koganeiensis. Research results: a technological diagram for obtaining hyaluronidase was developed, demonstrating the possibility of its implementation in production. The main and auxiliary equipment was selected, and its construction layout was proposed according to GMP requirements and rules. The economic efficiency of the developed production was also calculated. The thesis consists of 95 pages (excluding references and appendices) and includes an introduction, 5 chapters, conclusions, and a list of references, with over 47 references cited. The appendices contain 6 sheets of drawings.