Кормовые антибиотики, антибиотики против фитопатогенов, биостимуляторы, пищевые консерванты

Антибиотики применяют в нескольких целях:

• для борьбы с болезнями животных;

• для борьбы с болезнями растений;

• как стимуляторы роста животных;

• при консервировании продуктов;

• в научных исследованиях (в области биохимии, молекулярной биологии, генетике, онкологии).

Современное определение термина "антибиотик" принадлежит М.М.Шемякину и А.С.Хохлову (1961), которые предложили считать антибиотическими веществами все продукты обмена любых организмов, способные избирательно убивать или подавлять рост и развитие микроорганизмов.

В течение многих лет антибиотики используют как стимуляторы роста сельскохозяйственных животных и птицы, как средства борьбы с заболеваниями растений и посторонней микрофлорой в ряде бродильных производств, как консерванты пищевых продуктов. Механизм стимулирующего действия антибиотиков также не до конца выяснен. Предполагают, что стимулирующий эффект низких концентраций антибиотиков на организм животного связан с двумя факторами:

• воздействие на микрофлору кишечника,

• непосредственное влияние на организм животного.

В первом случае антибиотики снижают число вредных и увеличивают количество полезных для организма микроорганизмов. Во втором случае – снижают рН содержимого кишечника, уменьшают поверхностное натяжение клеток организма, что способствует ускорению их деления. Кроме того, антибиотики увеличивают количество ростовых гормонов, приспособляемость организма к неблагоприятным условиям и т.д. Кормовые антибиотики применяют в виде неочищенных препаратов, представляющих собой высушенную массу продуцента, содержащую помимо антибиотика аминокислоты, ферменты, витамина группы В и другие биологически активные вещества.

Все производимые кормовые антибиотики:

• не используются в терапевтических целях и не вызывают перекрестной резистентности бактерий к антибиотикам, применяемым в медицине;

• практически не всасываются в кровь из пищеварительного тракта;

• не меняют своей структуры в организме;

• не обладают антигенной природой, способствующей возникновению аллергии.

В настоящее время выпускаются несколько видов кормовых антибиотиков: препараты на основе хлортетрациклина (биовит, кормовой биомицин), бацитрацин, гризин, гигромицин Б и др. Из этих препаратов только бацитрацин представляет собой высушенную культуральную жидкость, полученную в результате глубинного выращивания Bacilus licheniformis. Остальные антибиотики являются продуктами жизнедеятельности разных видов Actinomyces.

Антибиотики используют и как средство борьбы с фитопатогенами. Воздействие антибиотика сводится к замедлению роста и гибели фитопатогенных микроорганизмов, содержащихся в семенах и вегетативных органах растений. К таким антибиотикам относятся фитобактериомицин, трихотецин, полимицин.

Применение антибиотиков в пищевой промышленности позволяет снизить длительность термообработки продуктов питания при их консервировании. Используемые антибиотики воздействуют на клостридиальные и термофильные бактерии, устойчивые к нагреванию. Наиболее эффективным признан низин, который практически не токсичен для человека и позволяет вдвое снизить время термообработки.

Тема № 8

Экобиотехнологические аналитические системы

План:

1. Биосенсоры, их конструкционные особенности.

2. Биохимические методы анализа на основе микробных ферментов.

3. Использование микроорганизмов и тканей живых организмов в качестве биосенсоров.

4. Применение биосенсоров.

1. Биосенсоры, их конструкционные особенности

Идея создания биосенсоров в значительной степени связана с исследованиями Лиланда Кларка-младшего с коллегами, развитыми в 1962 г. Они предположили, что если бы ферменты можно было иммобилизовать на электрохимических датчиках, то такие "ферментные электроды" расширили бы диапазон аналитических возможностей базового датчика.

Биосенсор – это устройство, в котором чувствительный слой, содержащий биологический материал (ферменты, ткани, бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы, органеллы, рецепторы, ДНК), непосредственно реагирующий на присутствие определяемого компонента, генерирует сигнал, функционально связанный с концентрацией этого компонента.

Конструктивно биосенсор представляет собой комбинированное устройство, состоящее из двух преобразователей – биохимического и физического, находящихся в тесном контакте друг с другом.

Биохимический преобразователь выполняет функцию биологического элемента распознавания, преобразуя информацию о химических связях определяемого компонента в физический сигнал или химическое свойство, а физический преобразователь это свойство фиксирует с помощью специальной аппаратуры. В данном случае реализуется принципиально новый способ получения информации о химическом составе раствора. Наличие в устройстве биоматериала с уникальными свойствами позволяет с высокой селективностью определять нужные соединения в сложной по составу смеси, не прибегая ни к каким дополнительным операциям, связанным с использованием других реагентов, концентрированием и т. д. (отсюда и название – безреагентные методы анализа).

Существует большое разнообразие физических преобразователей:

электрохимические,

спектроскопические,

термические,

пьезоэлектрические,

преобразователи на поверхностных акустических волнах и т.п.

В настоящее время наибольшее распространение получили электрохимические преобразователи. Одни из них генерируют потенциал на специальном электроде, на поверхность которого нанесен слой биоматериала, другие генерируют электрический ток реакции продукта превращения определяемого вещества на поверхности электрода, вызванного биоматериалом (потенцио- и амперометрические биосенсоры).

Физический преобразователь, использующий изменение светопоглощения в области липидного биослоя мембраны живых систем, называется оптоволоконным биосенсором, так как измеряемый сигнал передается измерительному прибору по оптическому волокну. Соответствующий физический преобразователь по аналогии с электродом называют оптродом.

По названию преобразователя можно сделать вывод о характере используемого физического свойства. Использование микропроцессоров делает биосенсорные устройства достаточно компактными.

Метрологические характеристики биосенсоров вполне приемлемы. Относительное стандартное отклонение определяемой концентрации не выше 10-12 %, нижняя граница определяемых концентраций достигает 10-15 моль/л. Некоторые биосенсоры работают по принципу да-нет, что вполне приемлемо, когда решается вопрос о присутствии ультрамалых количеств высокотоксичных веществ в объектах окружающей среды. Если определяемые компоненты находятся в сложной смеси или матрице или же близки по своим свойствам, то при анализе используют хроматографические методы разделения. Контроль по разделению компонентов осуществляют с помощью системы детекторов на основе биосенсоров.

Пример разработки биосенсоров, основанных на использовании природного хеморецептора. Хеморецептор, извлеченный из чувствительных антенн (органелл) голубого морского краба, был прикреплен к ультрамикроэлектроду, измеряющему потенциал. В результате был изготовлен новый тип потенциометрического детектора, чрезвычайно быстро реагирующего на ничтожные изменения состава среды, в которую он погружен. Сам голубой краб очень чувствителен к следам тяжелых металлов и живет только в чистейшей морской воде.