1. Они растут гораздо быстрее, чем растения или животные:

время удвоения их численности измеряется часами. Это сокращает

сроки, необходимые для производства определенного количества

продукта.

2. В зависимости от выращиваемых микроорганизмов в качестве

субстратов могут использоваться разнообразные виды сырья. Что

касается субстратов, то здесь можно идти по двум главным

направлениям: перерабатывать низкокачественные бросовые

207

продукты или ориентироваться на легкодоступные углеводы и

получать за их счет микробную биомассу, содержащую

высококачественный белок. И в том, и в другом случае технология

ферментации играет ключевую роль.

Особенность БОО заключается в том, что этот продукт, во-

первых, практически целиком состоит из микробной биомассы, и, во-

вторых, в его производстве нередко принимают участие микробы,

опыт использования которых мал и которые ранее в пище

отсутствовали.

Государственные учреждения, контролирующие качество

пищевых продуктов, требуют, чтобы выходу на рынок БОО

предшествовали испытания на безопасность нового продукта. Такие

испытания всегда дорогостоящи, и это сдерживает развитие

производства, в частности производства продуктов на основе БОО,

особенно предназначенных в пищу. По этой причине уклон в

развитии производства БОО был сделан в сторону выработки кормов

для животных, а не белков, непосредственно идущих в пищу.

Единственный официально разрешенный вид белковой пищи

микробного происхождения – это микопротеин.

Микопротеин – это пищевой продукт, состоящий в основном из

мицелия гриба. При его производстве используется штамм Fusarium

graminearum, выделенный из почвы (рис.4).

Пищевые добавки и ингредиенты

Подкислители. Применяются в основном как вкусовые добавки

для придания продуктам «острого» вкуса. В практику они вошли

скорее всего в результате широкого использования органических

кислот для сохранения пищи. Самым популярным подкислителем в

пищевой промышленности является лимонная кислота. Сначала этот

продукт получали отжимая сок из лимонов, сегодня лимонную

кислоту получают сбраживая содержащие глюкозу гидролизаты.

208

Рис. 4. Схематическое изображение производства микопротеина

Аминокислоты. В мире производится примерно 200 тыс. тонн

аминокислот в год; их используют главным образом как добавки к

кормам и пищевым продуктам. Главными продуктами, получаемыми

по технологии ферментации является глутаминовая кислота и лизин.

Витамины и пигменты. Основные потребности

промышленности в этих соединениях удовлетворяются за счет

природных источников и химического синтеза, но два из них β-

каротин и рибофлавин, получают методами биотехнологии.

Усилители вкуса. Главным усилителем вкуса считается

натриевая соль глутаминовой кислоты: ее можно получить при

помощи Micrococcus glutamicus. Пионером использования усилителей

вкуса является Япония, но сам принцип применялся при создании

рецептов многих блюд во всем мире.

Ключевые слова и понятия

аминокислоты

белок одноклеточных организмов

брожение

витамины

Ренин

культура-закваска

микопротеин

пигменты

ферментация

ферментеры

209

ЛЕКЦИЯ 7. МЕДИЦИНА И БИОТЕХНОЛОГИЯ

1 Производство и применение антибиотиков.

2 Производство и применение гормонов.

3 Ферменты.

4 Иммунологический анализ.

1 Производство и применение антибиотиков.

Можно считать, что клиническая биотехнология зародилась с

начала промышленного производства пенициллина в 40-х годах ХХ

века и его использования в терапии. Применение этого природного

пенициллина повлияло на снижение заболеваемости и смертности

больше, чем какого-либо другого препарата, но, с другой стороны,

поставило ряд новых проблем, которые удалось решить опять таки с

помощью биотехнологии.

Во-первых, успешное применение пенициллина вызвало

большую потребность в этом лекарственном препарате, и для ее

удовлетворения нужно было резко повысить выход пенициллина при

его производстве.

Во-вторых, первый пенициллин действовал главным образом на

грамположительные бактерии, а нужно было получить антибиотики с

210

более широким спектром действия, поражающие и

грамотрицательные бактерии.

В-третьих, поскольку антибиотики вызывают аллергические

реакции, необходимо было иметь целый набор антибактериальных

средств, с тем чтобы можно было выбрать из равноэффективных

препаратов такой, который не вызывал бы у больных аллергию.

В-четвертых, пенициллин нестабилен в кислой среде желудка и

его нельзя назначать для приема внутрь.

Наконец, многие бактерии приобретают устойчивость к

антибиотикам. Классический пример тому – образование

стафилококками фермента пенициллиназы, который образует

фармакологически неактивную пенициллоиновую кислоту.

Антибиотики продуцируются плесневыми грибами, актиноми-

цетами, эубактериями и другими микроорганизмами. Некоторые из

них способны продуцировать большое количество антибиотиков. Тем

не менее, большинство известных в настоящее время

высокопродуктивных штаммов продуцентов антибиотиков получено

традиционными методами мутагенеза и селекции. Так, увеличить

выход пенициллина при его производстве удалось в основном

благодаря последовательному использованию серии мутантов

исходного штамма Penicillium chrysogenum, а также путем изменения

условий выращивания.

Биосинтез антибиотиков, как и любых других вторичных мета-

болитов, возрастает в фазе замедленного роста клеточной популяции

(конец трофофазы) и достигает максимума в стационарной фазе

(идиофазе). Считают, что в конце трофофазы изменяется энзи-

матический статус клеток, появляются индукторы вторичного ме-

таболизма, освобождающие гены вторичного метаболизма из-под

влияния катаболитной репрессии. Поэтому любые механизмы, тор-

мозящие клеточную пролиферацию и активный рост, стрессовые

ситуации, активируют процесс образования антибиотиков.

Процесс культивирования продуцентов антибиотиков проходит в

две фазы (двухступенчатое культивирование). На первой фазе

происходит накопление достаточного количества биомассы, которая

выращивается на среде для роста микроорганизма. Эта фаза должна

быть быстрой, а питательная среда дешевой. На второй фазе

осуществляются запуск и активный синтез антибиотика. На этой фазе

ферментацию ведут на продуктивной среде. Образование

антибиотика контролируется условиями культивирования

микроорганизмов. Поэтому оптимизация питательной среды является

главным фактором в повышении выхода продукта.

211

К настоящему времени выделены антибиотики, эффективные в

отношении грамотрицательных бактерий: стрептомицин,

цефалоспорин. Получено также множество полусинтетических

антибиотиков с новыми свойствами: с широким спектром действия,

чувствительностью к пенициллиназе и содержимому желудочно-

кишечного тракта. Так, ампициллин является полусинтетическим

производным бензилпенициллина, отличающимся наличием

добавочной аминогруппы в боковой цепи (рис. 5). Он активен при

пероральном введении и действует на широкий круг бактерий, в том

числе на некоторые грамотрицательные, вызывающие заболевания

органов дыхания, пищеварения и выделения.

Бензилпенициллин

Ампициллин

Рис. 5. Структурные формулы антибиотиков.

Устойчив к кислоте и клоксациллин, и к тому же он не

разрушается β-лактамазами. Его часто назначают вместе с

ампициллином тем больным, у которых обнаружены стафилококки,

синтезирующие пенициллиназу.