На биосинтез антибиотиков существенное влияние оказывает концентрация в среде соединений фосфора.
Такими соединениями наиболее часто бывают одно — или двузамещенные фосфаты калия и натрия. Изменение содержания фосфата в среде влечет за собой изменения в синтезе важнейших для жизнедеятельности клетки фосфорсодержащих компонентов: нуклеопротеидов цитоплазмы и ядерных элементов. Кроме того, фосфор является веществом, которое позволяет посредством изменения его концентрации в среде регулировать активность ферментных систем углеводного обмена, в частности переключать распад углеводов с гликолнтического на гексозомонофосфатный путь.
Опытные данные, которые были получены при ферментации некоторых антибиотиков, показали, что повышенные концентрации фосфата в среде значительно снижают их выход. При ферментации на среде с кукурузным экстрактом содержание фосфора 2 мг% более благоприятно, чем 12 мг%. При изучении влияния различных концентраций однозамещенного фосфата калия на биосинтез окситетрациклина штаммами Act. rimosus ЛС-118 и 293 было показано, что оптимальное содержание фосфата в среде зависит от штамма. Оптимальная концентрация фосфора для штамма 118 ниже, чем для штамма 293.
В некоторых ферментационных средах, содержащих кукурузный экстракт, неорганический фосфор во время приготовления среды и стерилизации частично связывается мелом. Поэтому в исходной среде, наряду с растворенным неорганическим фосфором, всегда присутствует некоторое количество неорганического фосфора в виде осадка. Изучение потребления этих форм фосфора в процессе ферментации хлортетрациклина показало, что фосфор растворимых минеральных соединений очень быстро используется микроорганизмом и уже к 18 часам роста он практически исчезает из культуральной жидкости. Фосфор нерастворимых минеральных соединений используется продуцентом в значительно меньшей степени.
Анализ динамики количественного содержания углеводов в процессе биосинтеза хлортетрациклина показывает, что присутствие в среде избытка фосфата ведет к повышению скорости потребления углеводов и накоплению пировиноградной кислоты. Показаны зависимости между количеством добавленного в среду фосфата и количеством израсходованной сахарозы, а также содержанием пировиноградной кислоты. В средах II и III с высоким содержанием азота пировиноградной кислоты образуется меньше, чем на бедной азотом среде I. Образовавшаяся пировиноградная кислота наиболее интенсивно включается в матаболизм тогда, когда углеводы среды оказываются почти полностью разрушенными.
Существенное влияние на обмен веществ оказывает время введения фосфатов в среду. При введении избыточного количества фосфатов в среду при биосинтезе стрептомицина было установлено, что торможение биосинтеза антибиотика происходит во всех случаях, однако наибольшее подавление синтеза наблюдалось, если фосфат был добавлен в ранние сроки ферментации.
Относительно влияния фосфора на метаболизм грибов при биосинтезе антибиотиков нет столь больших экспериментальных и теоретических материалов, как для актиномицетов. Содержание фосфора в среде, обеспечивающее нормальное развитие Pen. chrysogenum, варьирует в довольно широких пределах — от 0,6 до 0,03% КН2РO4. Однако для максимального образования пенициллина фосфора требуется больше, чем его необходимо для роста гриба. При уменьшении содержания фосфора в синтетической среде в 10 раз (с 0,068 до 0,0068%) не отмечается влияния на рост мицелия. Его вес в обоих случаях одинаков. Вместе с тем количество пенициллина в культуральной жидкости снижается на 30%.
Таким образом, оптимальная концентрация в среде фосфата не является чем-то постоянным, а зависит от состава используемых сред и условий культивирования. При подборе композиции среды для культивирования необходимо учитывать не только минеральные фосфорсодержащие соединения, но и органические, содержащие фосфор. Такие соединения, в частности, содержатся в кукурузном экстракте, соевой муке, хлопковых жмыхах и других веществах растительного и животного происхождения, входящих в комплексные среды. Однако их влияние на процессы обмена углеводов и биосинтез антибиотиков могут быть иными, чем влияние фосфатов.
Одним из основных фосфорсодержащих компонентов соевой муки и кукурузного экстракта является фитин. Поэтому многих исследователей интересовало влияние фитина на процессы биосинтеза антибиотика и усвоение углеводов при использовании его как компонента среды для культивирования. Сравнительный анализ динамики количественных изменений углеводов культуральной жидкости Act. streptomycini штаммов ЛС-1 и В-178 показал, что замена однозамещенного фосфата калия фитином ведет к резкому угнетению использования углеводов культурой. Одновременно было отмечено, что содержание стрептомицина в культуральной жидкости было значительно ниже на среде с фитином, чем на среде с фосфатом. Количественное содержание фитина в этих опытах рассчитывали по фосфору.
За исходную величину принимали такое количество фосфора, которое содержалось в фосфате при его оптимальной концентрации в среде. При изучении влияния фитина на обмен веществ Pen. chrysogenum прежде всего было установлено, что гриб вырабатывает разрушающий фитин фермент фитазу, оптимум активности которого расположен в зоне pH 5,4—5,6. За два часа действия фермента происходит отщепление 6—10% неорганического фосфата фитина. При введении фитина в качестве единственного источника фосфора в среду для культивирования было показано, что при замене фосфата калия равным по фосфору количеством фитина синтез антибиотика остается примерно на том же уровне.
В связи с тем, что фосфор кукурузного экстракта, по мнению многих исследователей, является одним из существенных факторов, влияющих на биосинтез антибиотиков, проводилась специальная обработка экстракта с целью удаления фосфорсодержащих веществ. Одним из таких веществ является фитин. При дефитинизации кукурузного экстракта количество фосфора понижается примерно в десять раз. Введение в среду дефитинизированного кукурузного экстракта по-разному влияет на способность синтезировать пенициллин разными штаммами. При использовании чехословацкого штамма Pen. chrysogenum 49-113 активность культуральной жидкости возрастает, у штамма «Новый гибрид» — активность понижается. Как выше отмечалось, это зависит, по-видимому, от индивидуальных особенностей штамма в отношении оптимальной концентрации фосфора в среде для успешного синтеза антибиотика (Я. Зелинка, М. Гудец, Л. Пелцова, 1961).