Среди антибиотиков, выделенных из актиномицетов, большую группу составляют полиеновые антибиотики.
Они слабо действуют на бактерии и обладают, как правило, значительной антибиотической активностью относительно грибов. Некоторые из полиеновых антибиотиков: нистатин, амфотерицин В, леворин, трихомицин, кандицидин — используются для лечения ряда заболеваний, вызванных дрожжами и грибами.
Все полиеновые антибиотики характеризуются наличием в молекулах сопряженных двойных связей и в зависимости от количества их разделяются по спектрам поглощения в ультрафиолетовой области. Антибиотики-тетраены содержат четыре сопряженные двойные связи, пентаены — пять, гексаены — шесть, гептаены — семь.
Выяснение структуры некоторых полиеновых антибиотиков (пимарицина, филиппина) показало, что они являются макроциклическими лактонами, к которым глюкозидной связью присоединены остатки аминосахаров. Молекула нистатина состоит из двух частей: полиенового макролидного аглюкона (нистатинолида) и аминосахара — микозамина. В состав леворина входят микозамин (3-амино-3,6-дидезоксигексоза) и n-аминоацетофенон.
При изучении механизма биосинтеза нистатина было показано, что аглюконовая часть молекулы образуется из ацетата и пропионата.
Характерной особенностью полиеновых антибиотиков является их преимущественная внутриклеточная локализация. Содержание полиеновых антибиотиков в среде крайне незначительно. Поэтому при получении полиеновых антибиотиков их экстрагируют из мицелия.
Из полиеновых антибиотиков наибольшее распространение в СССР получили нистатин (фунгицидин) и леворин. Продуцентом нистатина является Str. noursei. Ферментация его осуществляется на средах, содержащих глюкозу, кукурузный экстракт, соли аммония, мел. Существенное влияние на рост мицелия и биосинтез оказывают углеводы. Для описанных в литературе штаммов лучшей оказалась глюкоза. Крахмал используется продуцентом значительно медленнее глюкозы. При этом наблюдается меньшее накопление нистатина и более медленное потребление азотистых веществ. Процесс ферментации несколько затягивается, однако его большая продолжительность не приводит к подъему активности культуральной жидкости.
Не менее важным компонентом является азотсодержащая минеральная соль. Полагают, что на биосинтез нистатина некоторыми штаммами отрицательное влияние оказывает сульфат-ион сернокислого аммония. Наиболее рациональным в этих случаях оказывается применение хлористого или азотнокислого аммония.
На биосинтез нистатина оказывает влияние концентрация фосфатов в среде. Введение в питательную среду избыточного количества фосфатов по сравнению с оптимальной контрольной средой изменяет процесс ферментации нистатина. При увеличении концентрации фосфатов актиномицет быстрее растет, быстрее потребляет углеводы. В ранние часы ферментации происходит значительное закисление культуральной жидкости, более ранний автолиз мицелия, резкое угнетение синтеза нистатина, снижение продуктивности мицелия. Таким образом, влияние фосфатов на биосинтез нистатина аналогично их действию при ферментации ряда других антибиотиков, например тетрациклинов.
Как известно, некоторое количество фосфора содержит кукурузный экстракт, поэтому концентрация его в среде не безразлична. Увеличение экстракта в среде до 1 % приводит к резкому снижению продуктивности мицелия. Удаление фосфора из кукурузного экстракта приводило к увеличению оптимальной для биосинтеза концентрации кукурузного экстракта.
Для продуцента нистатина, так же как и для ряда других антибиотиков, условия, благоприятные для роста, не всегда совпадают с условиями, благоприятными для синтеза антибиотика. Например, на среде, содержащей 4% кукурузного экстракта, масса мицелия в 2,7 раза превышала массу мицелия, образовавшуюся при ферментации на среде с 0,5% кукурузного экстракта. Однако продуктивность последнего мицелия (1180 ед./мл) в 26 раз выше продуктивности первого.
Исследованиями М. Мусилковой и Я. Нечасека (1960) было показано, что при добавлении масел: касторового, льняного и соевого в среды для получения нистатина — выход антибиотика увеличивался на 10—50%. Подобное стимулирующее действие масел было показано на ряде сред, содержащих соевую муку.
Л. А. Поповой и Н. Е. Степановой (1961) при изучении влияния пеногасителей на биосинтез нистатина было установлено, что подсолнечное масло лишь в небольших концентрациях не угнетает синтез нистатина. Вероятно, ингибирующий эффект происходит за счет входящих в состав подсолнечного масла ненасыщенных жирных кислот, в частности линолевой кислоты. Кашалотовый жир несколько стимулирует биосинтез антибиотика. Как известно, в его состав линолевая кислота не входит.
Жиры, вводимые в качестве пеногасителей при ферментации, должны быть полностью гидролизованы к концу процесса, так как в случае экстракции антибиотика метанолом они извлекаются вместе с нистатином и значительно затрудняют дальнейшее выделение и очистку.
Представлен график типичных биохимических изменений в культуральной жидкости при биосинтезе нистатина. К 40—48 ч накапливается значительная масса мицелия (—0,5%), содержание редуцирующих веществ составляет около 50% от исходной величины, pH среды слегка понижается, аммонийный азот используется на 50—60%.
В период максимального содержания нистатина в культуральной жидкости (около 80 ч) масса мицелия достигает наибольшей величины (0,7—0,8%), углеводы почти полностью использованы, содержание аммонийного азота обычно является минимальным, культуральная жидкость слегка защелачивается.
Кроме нистатина, важное практическое значение имеет другой полиеновый антибиотик — леворин (26/1). Продуцентом его является Act. levoris. Ферментация проводится на средах, содержащих в качестве основных источников питания соевую муку и глюкозу. Испытание различных комплексных и синтетических сред для биосинтеза леворина показдло преимущество соевой среды перед другими средами.
Оказалось, что существенное значение для образования антибиотика имеет химическая природа вещества, используемого в качестве источника азота. Нитраты и соли аммония как единственные азотсодержащие вещества в среде непригодны для развития продуцента леворина. Среды с пептоном и кукурузным экстрактом благоприятны для развития штамма, однако выход антибиотика ниже в 2 и 4 раза, чем на среде с соевой мукой. Эффективным для биосинтеза оказался хлопковый жмых.
Из источников углерода наиболее благоприятным для биосинтеза леворина является глюкоза (гидрол), мальтоза, манноза, манит, глицерин, крахмал. Следует указать также, что названные источники углерода не являются равноценными в отношении биосинтеза антибиотика. Антибиотическая активность в присутствии мальтозы, маннозы и маннита была выше в 4 раза, чем на средах с глюкозой, крахмалом, гидролом.
Добавление различных масел в среды для биосинтеза леворина показало увеличение антибиотической активности в 2 раза в присутствии соевого, оливкового и конопляного. Повышение активности отмечалось также при добавлении к среде кашалотового жира. Для биосинтеза леворина важное значение имеет не только концентрация жиров, но и время их введения в среду. Наиболее заметное отрицательное влияние отмечается при введении подсолнечного масла вместе с посевным материалом. Однако добавление такого же количества масла к растущей кукурузе в большинстве случаев не влияет на биосинтез. Благоприятное влияние на биоситез нистатина и леворина оказывают некоторые соединения алифатического ряда, в частности алифатические спирты. Так, метиловый спирт в концентрации 1—3% и этиловый в количестве 1—2% увеличивали выход нистатина на 58—69% и 51—59% соответственно.