- •Кузьмина Наталья Александровна
- •Раздел 1. Промышленная биотехнология
- •Раздел 2. Культуры растительных клеток
- •Раздел 3. Культуры животных клеток и тканей
- •Раздел 4. Генетическая инженерия
- •Промышленная биотехнология Основные направления биотехнологии
- •Основные типы биопроцессов Производство биомассы
- •Получение спиртов и полиолов
- •Производство вторичных метаболитов
- •Микробные биотрансформации
- •Производство ферментов
- •Аминокислоты,органические кислоты, витамины и другие биопродукты
- •Биоконверсия лигноцеллюлозных отходов
- •Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции Бактерии и цианобактерии
- •Простейшие
- •Водоросли
- •Растения
- •Перспективы развития биотехнологии
- •Стадии биотехнологического производства
- •Технология приготовления питательных сред для биосинтеза
- •Поддержание чистой культуры и получение засевной дозы
- •Ферментация
- •Общие принципы разделения веществ
- •Методы тонкой очистки и разделения препаратов
- •Основные принципы промышленного осуществления биотехнологических процессов Получение товарных форм препаратов
- •Продуценты белка
- •Субстраты для получения белка
- •Технология получения микробных липидов
- •Технология ферментных препаратов Ферменты, получаемые промышленным способом, их применение
- •Глубинный метод культивирования продуцентов ферментов
- •Поверхностный метод культивирования продуцентов ферментов
- •Биотехнология препаратов для сельского хозяйства Бактериальные энтомопатогенные препараты
- •Ехнология получения грибных энтомопатогенных препаратов
- •Технология получения вирусных энтомопатогенных препаратов
- •Технология производства бактериальных удобрений на основе клубеньковых бактрий
- •Бактериальные удобрения. Технология получения азотобактерина
- •Бактериальные удобрения. Технология получения фосфобактерина
- •Антибиотики для сельского хозяйства
- •Иммобилизованные ферменты Общая характеристика
- •Иммобилизованные ферменты Носители для иммобилизованных ферментов
- •Методы иммобилизации ферментов
- •Применение иммобилизованных ферментов
- •Иммобилизованные клетки микроорганизмов
- •Биотехнология и экологические проблемы Биодеградация ксенобиотиков
- •Общие принципы очистки сточных вод: аэробные системы очистки
- •Общие принципы очистки сточных вод: анаэробные системы очистки
- •Показатели загрязненности сточных вод
- •Промышленная биотехнология Литература к разделу
Производство вторичных метаболитов
Из всех продуктов, получаемых с помощью микробных процессов, наибольшее значение имеют вторичные метаболиты. Вторичные метаболиты, называемые также идиолитами,—низкомолекулярные соединения, не требующиеся для роста в чистой культуре. Они производятся ограниченным числом таксономических групп и часто представляют собой смесь близкородственных соединений, относящихся к одной и той же химической группе.
К вторичным метаболитам относятся антибиотики, алкалоиды, гормоны роста растений и токсины.
Молекулы антибиотиков очень разнообразны по составу и механизму действия на микробную клетку. При этом в связи с возникновением устойчивости патогенных микроорганизмов к старым антибиотикам постоянно существует потребность в новых. В некоторых случаях природные микробные антибиотические продукты химическим или энзиматическим путем могут быть превращены в так называемые полусинтетические антибиотики, обладающие более высокими терапевтическими свойствами.
Микроорганизмы, производящие вторичные метаболиты, вначале проходят стадию быстрого роста, тропофазу, во время которой синтез вторичных веществ незначителен. По мере замедления роста из-за истощения одного или нескольких необходимых питательных веществ в культуральной среде микроорганизм переходит в идиофазу; именно в этот период синтезируются идиолиты.
Эти особенности культурального роста необходимо учитывать при производстве. Например, в случае антибиотиков большинство микроорганизмов в процессе тропофазы чувствительно к собственным антибиотикам, однако во время идиофазы они становятся к ним устойчивыми.
Чтобы уберечь микроорганизмы, продуцирующие антибиотики, от самоуничтожения, важно быстро достичь идиофазы и затем культивировать микроорганизмы в этой фазе. Это достигается путем варьирования ежимов культивирования и составом питательной среды на стадиях быстрого и медленного роста.
Микробные биотрансформации
Микроорганизмы способны осуществлять реакции трансформации, в которых те или другие соединения превращаются в новые продукты. Условия протекания этих реакций мягкие, и во многих случаях микробиологические трансформации предпочтительнее химических.
Пример существующих крупномасштабных промышленных биоконверсий - производство уксуса из этанола, глюконовой кислоты из глюкозы.
Широко используется микробная модификация стероидов, которые являются сложными полициклическими липидами. Теперь с использованием биоконверсии получают кортизон, гидрокортизон, преднизолон и целый ряд других стероидов. Применение и совершенствование микробной технологии в сотни раз снижает себестоимость производства стероидов.
Производство ферментов
Получение ферментов с помощью микроорганизмов более выгодно, чем из растительных и животных источников. Микробные клетки продуцируют более 2 тысяч ферментов, катализирующих биохимические реакции, связанные с ростом, дыханием и образованием продуктов. Многие из этих ферментов могут быть выделены и проявляют свою активность независимо от клетки.
В мире производится около 20 ферментов в объеме 65 тыс. тонн (а существует, как предполагают 25000 ферментов). Например, промышленным способом производят такие ферменты как амилаза, глюкоамилаза, протеаза, инвертаза, пектиназа, каталаза, стрептокиназа, целлюлаза и др.
Амилазы и протеазы используют в текстильной, хлебопекарной и кожевенной промышленности. Пектолитические ферменты могут быть использованы для мацерации тканей при переработке растительного сырья, например при получении льноволокна. Щелочные протеазы, особенно иммобилизованные, очень эффективно используются в составе моющих средств. Кроме протеолитических ферментов в состав моющих средств вводят липазу, целлюлазу, оксидазу и амилазу для удаления загрязнений крахмального происхождения. Использование иммобилизованной глюкозоизомеразы для непрерывного получения глюкозы является наиболее крупным процессом такого рода в мире.
Микробные ферменты активно используют в клинической диагностике при определении уровня холестерина в крови и мочевой кислоты. Ферменты предлагают использовать для очистки канализационных и водопроводных труб и т.д. и т.п. Ферменты для медицинских или аналитических целей должны быть высокоочищенными.
Для повышения стабильности выделенных ферментов используют технику иммобилизации, т.е. связывания ферментов на поверхности нерастворимого в воде носителя, например, органических полимеров, стекла, минеральных солей, силикатов и т.п. Иммобилизованные ферменты (ИФ) можно длительное время использовать в биохимических реакторах в условиях непрерывного процесса.
Примеры использования ИФ - изомеризация глюкозы во фруктозу, гидролиз белков, трансформация стероидов, гормонов и т.д. Новая область применения ИФ - создание на их основе бессеребряных фотоматериалов. На основе действия ферментов построены биолюминесцентные и иммуноферментные методы анализа, отличительной чертой которых является высокая чувствительность и абсолютная специфичность.