Синтез аминокислот

В решении проблемы синтеза белковых веществ наряду с производством белка биотехнологическими методами большое значение имеет получение аминокислот.

Недостаток аминокислот, (особенно незаменимых) в рационе приводит к нарушению обмена веществ, замедлению роста и развития. Растительные корма содержат на 30-40% меньше аминокислот чем требуется животным: особенно высок дефицит лизина, метионина и триптофана. При добавлении 2-4 кг дефицитных аминокислот к 1т комбикорма общий расход корма уменьшается на 15-20%, а выход продукции увеличивается на 20%.

Аминокислоты получают широкое распространение в растениеводстве ( для ускорения или замедления роста), легкой промышленности, в медицине для создания ряда лекарств и др. В промышленных масштабах аминокислоты можно получить: - гидролизом белoк содержащегося сырья; - химическим синтезом; -микробиологическим синтезом и -трансформацией предшественников аминокислот с помощью микроорганизмов или выделенных из них ферментов.

Новая область биотехнологии это получение аминокислот с помощью микробиологического синтеза . Большую часть аминокислот производят именно микробиологическим синтезом.

Промышленное производство аминокислот прямой ферментации стало возможным только после того ,как была открыта способность некоторых культур образовать и выделять в окружающую среду в большом количестве какую-либо аминокислоту (сверхсинтез аминокислот ).Такое повышенное образование аминокислот обусловлено различными генетическими нарушениями регуляторного контроля биосинтеза, которое обычно регулирует этот биосинтез. Мутанты из-за блокирования отдельных этапов синтеза не могут образовывать конечные продукты и происходит накопление веществ, получаемых в предшествующих блоку реакции.

Новый этап, сделавший микробиологический способ получения аминокислот более эффективным-это получение активных продуцентов методами генетической инженерии. Так, Escherichia coli была превращена в бактерию способной синтезировать аминокислоту треонин. В целях получения большого количества этой кислоты были получены микроорганизмы которые не реагируют на большое количество треонина.

В целях получения этого вещества в еще более высоких концентрациях в плазмидах были выведены дополнительно гены, контролирующие процесс синтеза. Эти плазмиды в клетках создали 10-20 копий , что привело к увеличению количества треонина в 10-15 раз. Таким образом , били изменены питательные потребности штамма: ранее он не использовал сахарозу, главный углевод промышленного сырья-меласы.

С 1960 по 1990 гг. производство аминокислот и витаминов в мире возросла более чем в15 раз.

Синтез витаминов

До середины нашего столетия витамины использовались в основном как лечебные препараты (в медицине и ветеринарии), а в последние годы основное их количество используется в кормовых рационах и для обогащения пищи. При обогащении кормовых рационов витаминами резко снижается отход молодняка сельскохозяйственных животных и птицы, ускоряется рост, снижаются затраты кормов и т.д.

Витамины используются для интенсификации биотехнологических производств. Например, добавление каротиноидов (предшественников витамина А) увеличивают синтез антибиотиков, ферментов, белка, глюкозы и т.д.

Доказано, что именно микробиологический синтез наиболее пригоден для производства витаминов для животноводства и растениеводства.

Биотехнологические способы перспективно применять при синтезе особо сложных по строению витаминов , например рибофлавина и витамина В₁₂. Разработка промышленных биотехнологических методов производства витамина В₁₂ имеет особенно большое значение так как метаболическая активность микроорганизмов – единственный источник этого вещества важного для человека и животных – растения и животные не синтезируют. В настоящее время его получают в промышленных масштабах только микробиологическим синтезом.

Витамин В₂ (рибофлавин) можно выделить из природного сырья, но содержится в небольшом количестве. Например, на 1 т моркови можно выделить 1 г этого вещества.

Гриб Тремотикум асбий синтезирует на 1 т питательной смеси 25 кг витамина В₂, что значительно больше чем можно получить из моркови.

Методом генетической инженерии сконструирован штамм Вас. субтилис, способный к сверхпродукции витамина В₂. полученный препарат содержит в 4 раза больше основного вещества по сравнению с кормовым концентратом, полученным с помощью грибов.

В Израиле на опытных установках проводятся эксперименты с зеленой одноклеточной водорослью Dunaliella bardawil. Она способна использовать солнечную энергию для синтеза пигмента β-каротина и белка.

Dunaliella способна расти и размножаться в среде с широким диапазоном содержания соли. Для роста этим водорослям нужна всего лишь морская вода, углекислый газ и солнечный свет.

После переработки эти водоросли можно использовать в качестве корма для животных, так как у них нет непереваримой клеточной оболочки.

При помощи генных мутаций созданы штаммы, продуцирующие в десятки тысяч доз больше витаминов по сравнению с нормой (вит В₁₂, В₂, С и др.) которые используются как в качестве препаратов, так и кормлении животных. Микробиологическим синтезом и методами генной инженерии получены и другие витамины.

Большое значение имеет получение сверхсинтетиков и фагоустичивых культур методами генетики и селекции, особенно генетической инженерии.