58. Основы современных биотехнологических процессов

----использование живых организмов и биологических процессов в производстве (биохимии, микробиологии, молекулярной биологии и генетики, иммунологии, биоорганической химии). Главная особенность биотехнологии состоит в том, что ее процессы протекают при темп-рах и давлениях, близких к нормальным, не требуя высоких энергетических затрат. Включает в себя такие разделы, как микробиологический синтез, генетическая и клеточная инженерия, инженерная энзимология. Микробиологический синтез В основе лежат сложные биохимические превращения, обеспечивающие получение требуемой биомассы или продуктов ее жизнедеятельности. Происходит в клетках микроорганизмов или вне их под действием выделяемых микроорганизмами ферментов (энзимов). В технологических процессах используются микроорганизмы, способные размножаться с большой скоростью (выделены бактерии и дрожжи, биомасса которых увел-ся в 500 раз быстрее, чем у самых урожайных с/х культур), а также к сверхсинтезу — избыточному образованию продуктов обмена в-в (аминокислот, витаминов, нуклеотидов и др.), превышающему потребности микробной клетки. Такие микроорганизмы выделяют из природных источников или выводят искусственно (методами генетической инженерии и др.). Технологический процесс микробиологического синтеза (рис. 17.1) состоит из подготовки высокопроизводительной культуры микроорганизма (продуцента); приготовления питательной среды (субстрата); выращивания продуцента; культивирования продуцента в заданных условиях, в ходе которого осуществляется микробиологический синтез (эту стадию называют обычно ферментацией); сгущения и отделения биомассы или выделения и очистки целевого продукта. Сгущенная биомасса поступает в сушильные устройства, после которых и получают готовый продукт. Часть отработанной культуральной жидкости, выделенной при сгущении биомассы, возвращается в ферментер, другая часть подвергается биологической очистке и выводится из технологического процесса. Рост и развитие микроорганизмов происходят под воздействием большого числа факторов. Главными из них являются: питательная среда (субстрат), кислород и физико-химические параметры (температура, давление, рН и окислительно-восстановительный потенциал). Питательная среда состоит из углеродсодержащих соед-ий и минерал в-в. Генетическая инженерия--- Совокупность методов, позволяющих искусственно конструировать молекулы наследственного материала — дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Она явл-ся одним из перспективных разделов биотехнологии, делающей возможным вносить в клетку гены из любого организма, включая и гены человека, и расширить т.о ее возможности как продуцента для медицины, с/х и промышленности. Методами генетической инженерии возможно создание штаммов — продуцентов белков человека: интерферона, инсулина, гормона роста, других ценных лекарств, диагностических препаратов, совершенствование или создание новых Инженерная энзимология. Весьма перспективной является инженерная энзимология, т.е. использование ферментов в качестве биокатализаторов при промышленном получении большого разнообразия в-в. Ферменты повышают скорость реакций в миллионы раз. Они позволяют существенно понизить темп-ру и давление при проведении процессов, используемых современной хим технологией, что приводит к значительному уменьшению энергоемкости и отказу от дорогостоящих неорганических катализаторов. Важно и то, что ферментативный синтез полимерных соединений в отличие от химич синтеза не вызывает загрязнения окружающей среды. Основные тенденции развития биотехнологии В современных условиях биотехнология становится важнейшим фактором повышения эффективности общественного производства и дальнейшего ускорения научно-технического прогресса. Активно развивается техническая биоэнергетика,базирующаяся на процессах био- и термохимической конверсии различных видов биомассы в газообразное, жидкое и твердое топливо. К числу наиболее перспективных относятся технологические процессы получения кормовой микробной массы с использованием в качестве ингредиентов питания бактерий природного газа и водорода. Для синтеза кормовой биомассы на водороде наиболее предпочтительны водородоокисляющие бактерии. Успешно развивается биогеотехнология металов, в рамках которой разрабатываются способы извлечения металлов из руд, концентратов, горных пород и р-ров под воздействием бактерий или их метаболитов при нормальном давлении и темп-ре от 278 до 353 К. Бактерии, способные выщелачивать металлы из руд, называют хемолитотрофными, т. е. буквально «поедающими скалы».