Использование грибов в биотехнологии
Грибы.
Грибы — эукариоты, имеющие чётко ограниченное ядро, отделённое от цитоплазмы ядерной мембраной. У них нет фотосинтетических пигментов, они гетеротрофы (то есть используют в качестве источника энергии и углерода органические соединения) и растут в аэробных условиях. В эволюционном плане и по ряду признаков грибы близки к растениям (наличие клеточной стенки, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению, видимое под микроскопом движение цитоплазмы).
Это сходство с растениями дополняют характер поглощения питательных веществ, способность к неограниченному росту, необходимость прикрепления к субстрату, неподвижность в вегетативном состоянии, а также способ размножения и распространение спорами. С другой стороны, гетеротрофный тип питания, потребность в витаминах, наличие гликогена в клетках, способность к синтезу хитина, образование и накопление мочевины и гликогена (а не крахмала) придаёт им определённое сходство с животными клетками. Клеточная стенка содержит полисахариды, преимущественно хитин (подобно членистоногим, но с низким содержанием азота), а также глюканы и маннаны. ЦПМ двухслойная, содержит значительные количества эргостерола и зимэстерола. В цитоплазме клеток имеются вакуоли, микротрубочки, эндоплазматическая сеть и митохондрии. Ядро окружено ядерной мембраной.
Рост грибов. Дрожжевой тип роста грибов. Мицелиальный рост.
Температурный диапазон роста грибов — 15-50 °С. Грибы чрезвычайно устойчивы к химическим и физическим воздействиям. ЛС убивают их в концентрациях, проявляющих токсический органотропный эффект.
Грибы относительно радиорезистентны, а также малочувствительны к умеренному УФ- и рентгеновскому излучению. Более того, облучение в низких дозах стимулирует их рост. Выделяют два типа роста грибов — дрожжевой и мицелиальный. Мицелиальный рост дают плесневые грибы.
Дрожжи и дрожжеподобные грибы представлены отдельными овальными клетками, морфологически сходными между собой, что делает невозможной их дифференцировку между собой с помощью микроскопии, дрожжи размножаются только почкованием, а дрожжеподобные грибы обычно размножаются почкованием, но иногда образуют псевдомицелий.
Плесневые грибы растут в виде переплетающихся трубок — гиф. Структурной вегетирующей единицей плесневого гриба является именно гифа. Образование мицелия— отличительный признак истинных грибов (Eumycota).
Гифы высших грибов содержат перегородки (септы), разделяющие их на отдельные клетки. Септы имеют отверстия, позволяющие цитоплазме и некоторым органеллам перетекать из одной клетки в другую. Гифы низших грибов перегородок не имеют, и такие гифы называют ценоцитными, или асептирован-ными. Таким образом, в целом плесневой гриб представляет собой ценоцит [от греч. koinos, общий, + kytos, клетка] — обширную территорию цитоплазмы с множеством ядер, располагающуюся в скоплении трубок-гиф. Врастающая в субстрат часть тела гриба, абсорбирующая питательные вещества, — вегетативный мицелий, а растущая на поверхности субстрата часть — воздушный мицелий
Биотехнологические функции грибов разнообразны. Их используют для получения таких продуктов, как:
антибиотики (пенициллы, цефалоспорины);
гиббереллины и цитокинины (фузариум и ботритис);
каротиноиды (н-р, астаксантин, придающий мякоти лососевых рыб красно-оранжевый оттенок вырабатывают Rhaffia rhodozima, которых добавляют в корм на рыбозаводах);
белок (Candida, Saccharomyces lipolitica);
сыры типа рокфор и камамбер (пенициллы);
соевый соус (Aspergillus oryzae).
Из 500 известных видов дрожжей первым люди научились использовать Saccharomyces cerevisiae, этот вид наиболее интенсивно культивируется. К дрожжам, сбраживающим лактозу, относится Kluyveromyces fragilis, который используют для получения спирта из сыворотки. Saccharomycopsis lipolytica деградирует углеводороды и употребляется для получения белковой массы. Все три вида принадлежат к классу аскомицетов. Другие полезные виды относятся к классу дейтеромицетов (несовершенных грибов), так как они размножаются не половым путем, а почкованием. Trichosporon cutaneum, окисляющий многочисленные органические соединения, включая некоторые токсичные (например, фенол), играет важную роль в системах аэробной переработки стоков. Промышленные дрожжи обычно не размножаются половым путем, не образуют спор и полиплоидны. Последним объясняется их сила и способность адаптироваться к изменениям среды культивирования.
Плесени вызывают многочисленные превращения в твердых средах, которые происходят перед брожением. Пищевые продукты на основе сброженных плесневыми грибами Rhizopus oligosporus соевых бобов или пшеницы содержат в 5 - 7 раз больше таких витаминов, как рибофлавин, никотиновая кислота) и отличаются повышенным в несколько раз содержанием белка. Плесени также продуцируют ферменты, используемые в промышленности (амилазы, пектиназы и т.д.), органические кислоты и антибиотики. Их применяют и в производстве сыров, например, камамбера и рокфора.
Искусственное разведение древоразрушающих грибов получило довольно широкое распространение. Мицелий съедобных грибов можно выращивают на жидких средах, например на молочной сыворотке и др., в специальных ферментерах, в так называемой глубинной культуре. Это полностью механизированный и автоматизированный процесс. Так, в Институте микробиологии Академии наук БССР разработаны и апробированы в опытном производстве способы получения белковых грибных препаратов даедалина и пантегрина из мицелия древоразрушающих грибов дедалеопсиса бугристого и пилолистника тигрового, с высоким содержанием белка и биологически активных веществ. По содержанию белка 1 кг этих препаратов эквивалентен 2 кг мяса.