Основными объектами биотехнологии являются м/о т. К.:

• м/о быстро растут;

• м/о повсеместно распространены, это связана с их способностью использовать широкий набор субстратов и широкий диапазон условий окружающей среды (t, pH, O₂, SO₂ NO, CO₂ и др.).

• м/о способны к различным типам питания, могут синтезировать и секретировать БАВ.

С точки зрения биотехнологии все м/о делят:

1. М/о модельные (лабораторные) – на них разрабатываются методы генетического изменения и улучшения штаммов – E. Coli.

2. Штаммы базовые – используются для разработки технологических режимов культивирования для определенных условий выделения продукта.

3. Промышленные штаммы.

Свойства штаммов:

1. Способны к роту на дешевы субстратах и мах. используются (утилизация);

2. Высокая скорость роста;

3. Высокий выход целевого продукта;

4. Высокий экономический коэффициент;

5. Направленная биосинтетическая активность при минимальном образовании побочного продукта (токсинов, аллергенов и др.);

6. Стабильность в отношении используемых субстратов и условий культивирования.

7. Экономическая ценность целевого продукта.

8. Высокая конкурентоспособность исследуемых объектов (устойчивость к заражению посторонней микрофлорой).

9. Соответствие требованиям GRASP (генетическая безопасность биологических объектов).

Из 100 тыс. м/о в промышленности используется ок. 100 штаммов.

Виды микроорганизмов используемые в биотехнологии.

4. Bacillus – спорообразующие Г + бактерии, являются в биотехнологии продуцентами внеклеточных ферментов, аминокислот, антибиотиков.

5. Actinomycetas – мицеллярные бактерии, почвенные, образуют ок. 50% всех антибиотиков (стрептомицин, канамицин, гентамицин, ванкомицин, актномицин и др.).

6. Фотосинтетические бактерии – используют свет, многие могут фиксировать CO₂, N₂, поэтому являются потенциальными продуцентами NH₂, H₂.

7. Метилотрофные – способны расти на метаноле и др. С₁ соединениях, как на единственном источнике С и энергии. Являются источником биомассы с 80% усвояемостью, высоким содержанием незаменимых аминокислот. В середине 70-х гг. английская компания ICI получила белок одноклеточного м/о – прутин. Используется как кормовой. Производство до 70 тыс. тонн. Также используется как источник полисахаридов для с/х, для удаления токсических примесей из объектов попадающих в окружающую среду.

8. Термофильные – 60-80⁰С. Они имеют более высокую скорость роста, их метаболиты термостойки. При такой t роста не нужно стерилизовать биореакторы и подогревать питательную среду.

9. Ассоциация (консорциум) м/о – используется для охраны окружающей среды. Это смесь различных м/о. Они могут утилизировать сложные и неоднородные субстраты. Полностью минерализуют загрязняющие в-ва (до СО₂ и Н₂О). более высоко устойчивы к токсическим соединениям (ионы тяжелых Ме), более стабильны в изменяющихся условиях окружающей среды.

Подходы к генетическому изменению объектов биотехнологии, in vivo.

Для улучшения продуктивности пользуются методами селекции – получение мутантов, наследственность которых претерпевает скачкообразные изменения в последовательности нуклеотидов ДНК. У м/ото возможно при проведении мутагенеза или использовании способов генетического обмена.

По своей способности продуцировать метаболиты м/о м. б.:

• Первичные метаболиты – аминокислоты, НК – это мономеры биополимеров; эти соединения клетки синтезируют в количествах необходимых для роста и развития.

• Вторичные метаболиты – соединения необязательные для роста клетки. Синтезируются на определенной стадии роста (антибиотики, гормоны растений, пигменты, алкалоиды, токсины и др.).

Природные штаммы м/о вторичные метаболиты выделяют в незначительных количествах. Некоторые м/о могут выделять первичные метаболиты – глутаматпродуцирующие бактерии.

Штаммы м/о, продуцирующие более 2% (15-30 г/л – аминокислоты) – являются суперпродуцентами (сврхпродуцентами).

Для обеспечения такой сверпродуктивности мутации делят на главные и вспомогательные.

Главные мутации – обеспечивают образование в клетках высоких количеств нужных метаболитов.

Вспомогательные – обеспечивают высокие скорости поглощения ростовых субстратов, более высокие способности к секреции ( выделению) продукта из клетки.

Лизин (предшественник ЦТК) → asp – полуальдегид asp→ гомосерин → метионин

→ лизин(!) → тиронин → изолейцин

(!) лизин ингибирует выделение гомосерина и, соответственно, метионина, тиронина, изолейцина.

Биогенные элементы:

Поступая в клетку в виде соединений, биогенные элементы претерпевают изменения и включаются в различные циклы. Затем наблюдаются реакции м/у соединениями, они могут образовывать новые метаболиты, взаимодействовать м/у собой и участвовать в дальнейших превращениях; удаляться из клетки. В результате мутагенеза можно повысить скорость поглощения субстрата; повысить уровень синтеза или активности ферментов; блокировать побочные реакции синтеза и снизить расход предшественников на синтез др. метаболитов; блокировать дальнейшие внутриклеточные превращения или деградацию продукта. Усилить эффективность выделения продукта из клетки.

До начала мутагенеза культуру чистят. Из рассева культуры отбирают ок. 100 отдельных клонов и у них проверяют количество образуемого продукта. Этот процесс проводят с каждым отдельным клоном несколько раз. Отбирают 1 или несколько наиболее продуцирующих клонов (продуктивность в г/л, для ферментов – единицах активности фермента). После рассева и проверки клоны м. б. подвергнуты мутагенезу. Воздействию мутагенных факторов можно подвергать споры, вегетативные клетки, обрывки мицелия.

Предпочтения отдаваемые м/о связаны с их вегетативным размножением, гаплоидным набором хромосом, большим числом особей для анализа, быстрое время регенерации популяции.

Мутагенными факторами могут выступать физические факторы или химические соединения. Химические соединения необходимо использовать с максимальной активность мутагенного проявления –t, рН, концентрация выбор мутагена и др.).

К мутагенам химической природы относят:

• Нитрозометилмочевина;

• Нитрозогуанидин;

• Акридиновый оранжевый и др.

После получения мутантов, среди них отбирают те, которые соответствуют требуемым параметрам следующими способами:

1. Случайный отбор и последующая оценка данного количества признаков.

2. Отбор мутантов с определенным фенотипом.