Методическое пособие по разделу «Продукты биотехнологии»

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Тулемисова Ж.К., Касенова Г.Т., Музапбаров Б.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по разделу «Продукты биотехнологии» дисциплины «Биотехнология микроорганизмов» для студентов

специальности «Биотехнология»

«Нур-Принт» Алматы, 2014г.

3

Тема: классификация продуктов биотехнологии Цель занятия: ознакомить студентов с основными продуктами

биотехнологии

Содержание занятия

Биотехнологические процессы могут служить способами получения достаточно большого разнообразия продуктов. Например, такие продукты как пиво, вина, соки, кисломолочные продукты, ферментированные кормовые добавки для сельскохозяйственных животных и т.п. Эти продукты можно считать продуктами «стихийной биотехнологии».

Кроме того, существуют продукты основной биотехнологии – продукты крупнотоннажных производств с невысокой степенью очистки:

-технические ферментные препараты (микробные протеазы для облагораживания некоторых видов мяса, обработки шкур; амилазы для частичного гидролиза крахмала крахмалсодержащих видов пищевого сырья, обработки муки; пектиназы для осветления соков );

-пищевые добавки или сырье для их приготовления (белок одноклеточных);

-микробиологические средства защиты растений – представляют собой высушенную культуру микроорганизмов патогенных для насекомых - вредителей сельского хозяйства;

-метаболиты для использования в пище и кормах – аминокислоты (незаменимые для человека и животных) и другие органические кислоты (лимонная кислота, которая производится главным образом путем микробиологического синтеза вместо экстракции из цитрусовых и т.д.);

-антибиотики для медицины и ветеринарии.

Вторая большая группа продуктов – продукты тонкой биотехнологии:

-высокоочищенные ферментные препараты, используемые в медицине в качестве аналитических реагентов в клинической лабораторной диагностике; в производстве – при контроле за ходом технологических

4

процессов и качества готовой продукции химической технологии и биотехнологии;

-действующие основы лекарственных средств (инсулин и другие вещества гормонального действия; продукты экстрагируемые из тканей и органов животных или из биомассы растений и микроорганизмов);

-вакцинно-сывороточные препараты (живые и убитые вакцины, гамма

глобулины, сыворотки иммунных животных и человека).

По своим составу и свойствам продукты биотехнологических производств достаточно разнообразны. Это могут быть в виде высушенных культур бактерий или вирусов (энтомопатогеннные препараты, некоторые вакцинные препараты), высушенной культуральной жидкости после отделения клеток продуцента или какие либо фракции культуральной жидкости (технические ферментные препараты); в то же время это могут быть высокоочищенные белковые вещества для медицинских или технологических целей. Помимо основных компонентов, готовые формы продуктов часто содержат добавки для обеспечения определенных потребительских качеств – консерванты, предотвращающие потерю активности при хранении, наполнители, предотвращающие слипание частиц продуктов, и т.п.

Материалы и оборудование

Различные виды продуктов биотехнологии (антибиотики, вакцины, пробиотики, консерванты и т.д.).

Контрольные вопросы

1.Что изучает биотехнология?

2.Назовите продукты тонкой биотехнологии?

3.Что относится к микробиологическим средствам защиты растений?

4.Какие пищевые продукты получают с использованием биотехнологических процессов?

5

Тема: антибиотики Цель занятия: освоить основные методы определения

антибиотической активности микробов

Содержание занятия

Антибиотики – это специфические соединения, способные в незначительных количествах избирательно задерживать рост или убивать микробов. Термин «антибиотики» введен в науку З.А.Ваксманом (1942). Антибиотические вещества образуются микроорганизмами: актиномицетами, плесневыми грибами, бациллами, бактериями, а также растениями и животными. Они могут выделяться в окружающую среду или накапливаться внутри клеток и освобождаться при их разрушении. Некоторые антибиотики (хлорамфеникол и др.) получают химическим путем.

Для антибиотических веществ характерна специфичность, то есть избирательное действие на определенные организмы. Антибиотики - специфические продукты обмена веществ. Они должны отвечать следующим требованиям: в очень низкой концентрации (10-50 мкг/мл) обладать цидным, или статическим действием. Цидное – это действие, при котором микроб погибает, статическое – задерживает его рост; быть безвредным и не снижать свою активность в организме; подавлять рост микробов, не нарушая физиологического состояния организма, и т.д.

Антибиотики были первыми микробными метаболитами – продуктами промышленного производства, которые не являются основными конечными продуктами метаболизма. Антибиотики принадлежат к группе микробных продуктов, которыми называют вторичными метаболитами, поскольку их

Антибиотики получают с помощью метода глубинного культивирования в глубоких ферментерах из нержавеющей стали, содержимое которых

6

интенсивно аэрируют и перемешивают. Аэрация крайне необходимо для повышения продуктивности.

Методы определения антибиотической активности микроорганизмов при культивировании на твердых средах. Большинство методов определения антибиотической активности связано с культивированием изучаемого организма на агаризованных средах. Здесь мы остановимся лишь на наиболее распространенных методах выявления антибиотических свойств микробов.

Метод перепендикулярных штрихов. Испытуемый организм высевается штрихом (полоской) на поверхность агаровой пластинки в чашке Петри. После того как микроорганизм разовьется, перпендикулярно его штриху подсеваются различные тест-организмы. Чашки помещаются в термостат на 20-24 часа. Если изучаемый организм оказывает антимикробное действие в отношении ряда тест-микробов, то последние будут расти вдали от штриха антагониста. Нечувствительные микробы будут развиваться в непосредственной близости от штриха изучаемого организма. Метод штриха широко используется в практике поиска продуцентов антибиотических

культивирования изучаемого организма и для роста тест-микробов. Например, если для образования антибиотика необходима среда с

нитратным источником азота, то такая же среда может быть совершенно непригодной для развития ряда тест-организмов. И наоборот, многие тесторганизмы хорошо растут на среде, состоящей из бульона Хоттингера (эта среда довольно часто применяется), но не все организмы могут продуцировать антибиотики на этой среде. В этом случае можно не определить антибиотическую активность организма, хотя он и обладает этой способностью.

Метод бумажных дисков. На агаровую пластинку в чашке Петри высевают соотвтствующий тест-организм. Затем чашки подсушивают в

7

течение 10-15 минут. На одной чашке, то есть в отношении одного тесторганизма может быть испытно одновременно 6-7 культуральных жидкостей.

Заранее готовят стерильные диски из фильтровальной бумаги диаметром 8 мм. Стерильный диск фильтровальной бумаги берут стерильным пинцетом и смачивают в испытуемой культуральной жидкости, затем аккуратно накладывают на поверхность питательного агара засеянного тест-микробом. Чашку с тест-организмом и бумажными дисками помещают в термостат при температуре, оптимальной для роста тест-организма, на 24 часа, если это бактериальные формы тест-микроба, и на 48-72 часа для грибных и дрожжеподобных форм.

При наличии антибиотического вещества в испытуемой культуральной жидкости вокруг диска образуется зона задержки роста тест-микроба.

Материалы и оборудование

Тест-организмы, исследуемые культуральные жидкости, стерильные диски, чашки с агаром, спритовки, бактериологические петли.

Контрольные вопросы

1.Что такое антибиотики?

2.Какое действие оказывают антибиотики на микроорганизмы?

3.Классификация антибиотиков.

4.Основные методы определения антибиотической активности микробов.

Тема: пробиотики Цель занятия: ознокомиться с основными пробиотическими

препаратами

Содержание занятия

Пробиотики – живые микробные кормовые добавки, оказывающие полезное действие на организм животного-хозяина путем улучшения видового состава микрофлоры кишечника. Одной из важнейших задач является поиск новых микроорганизмов, пригодных для приготовления этих препаратов. Пробиотики используют для стимуляции неспецифического

8

иммунитета, профилактики и лечения смешанных желудочно-кишечных инфекций, расстройств пищеварения алиментарной этиологии (дисбактериозы, острые молочнокислые ацидозы и др.), возникающие вследствие резкого изменения состава рациона, нарушений режимов кормления, технологических стрессов и других причин; перезаселения микрофлоры пищеварительного тракта после лечения антибиотиками и другими антибактериальными химиотерапевтическими средствами; замены антибиотиков в комбикормах для молодняка животных, пушных зверей и птицы; улучшения процессов пищеварения, ускорения адаптации животных к высокоэнергетическим рационам и небелковым азотистым веществам, повышения эффективности использования корма и продуктивности животных.

В отличие от антибиотиков, пробиотики не являются продуктом конкретного метаболического процесса и не демонстрируют определенный спектр действия. Механизм действий пробиотиков пока не известен, но имеются многочисленные доказательства того, что действие пробиотиков связано со стимуляцией иммунной системы человека.

Мировой опыт свидетельствует, что в профилактике и лечении желудочно-кишечных болезней молодняка велико значение заместительной терапии, направленной на восстановление кишечного биоценоза путем регуляторного введение живых бактерий – представителей нормальной кишечной микрофлоры.

К пробиотикам относятся: бифидосодержащие препараты – бифидумбактерин в порошке, бифидумбактерин форте, бифилиз. Действующим началом этих препаратов являются живые бифидобактерии, которые обладают антагонистической активностью против широкого спектра патогенных и условно-патогенных бактерий, за счет продукции кислот, ферментов, витаминов. Эти препараты нормализуют деятельность желудочно-кишечного тракта и улучшают обменные процессы, повышают неспецифическую резистентность организма. Основное назначение

9

бифидосодержащих препаратов – обеспечение быстрого формирования нормофлоры кишечника. Большей активностью обладают комбинированные препараты.

Лактосодержащие препараты: лактобактерин, ацилакт, аципол. Действующим началом этих препаратов являются живые лактобациллы, обладающие антагонитсическим действием против широкого спектра патогенных и условно-патогенных бактерий за счет продукции органических кислот, перекиси водорода, антибиотических веществ. Важным является наличие у лактобактерий S-слоя клеточной стенки, играющего важную роль в метаболизме микробной клетки и участвующего в колонизации слизистых. Этот слой синтезируется, как правило, в условиях анаэробиоза: колонии, формирующиеся на чашках с MRS агаром в аэробных условиях, являются шероховатыми. Лактобациллы выделяют различные ферменты и витамины, принимающие участие в пищеварительной функции желудочно-кишечного тракта, обменных процессах, а также способствуют восстановлению естественных факторов защиты организма.

К настоящему времени синтезирован новый биопрепарат - лактоамиловорин. Для его приготовления предложен новый антагонистический штамм Lactobacillus amylovorus БТ-24/88 (ВКПМ № В- 6253). Отличительными особенностями штамма являются: способность к ферментации крахмала, которой другие лактобациллы, используемые для приготовления пробиотиков не обладают : устойчивость к хлорамфениколу, тетрациклину, стрептомицину, канамицину, рифампицину и полимиксину, а также к 1%-ной концентрации байтрила (энрофлоксацина); продукция антибиотических, пробиотических веществ широкого спектра действия; высокая толерантность к неблагоприятным факторам кишечника (желчи, этанолу, фенолу); отсутствие патогенности, токсичности и токсиногенности.

В результате установлено, что пробиотик лактоамиловарин благоприятно влияет на сохранность и рост птицы. Так в контроле ее сохранность к 49 дневному возрасту составила 88,9%, в опытной группе 90%.

10