Карабинцева Фармацевтическая технология методички / Краткий курс биотехнологии

Анаэробные процессы переработки отходов (продолжение)

По видовому составу биоценоз метантенков значительно беднее аэробных биоценозов, из них выделено лишь около 50 видов бактерий, способных осуществлять первую стадию расщепления загрязнений — стадию кислотообразования.

Среди них присутствуют представители бацилл

(Вас. cereus, Вас. megaterium, Вас. subtilis), псевдомонад (Ps. aeraginosa, Sarcina). Наряду с облигат-

ными анаэробами в метантенке могут встречаться и факультативные анаэробы.

Общее количество бактерий в осадке колеблется от 1 до 15 мг/мл.

Конечным продуктом процесса брожения являются низшие жирные кислоты, диоксид углерода, ионы аммония, сероводород.

Образовавшиеся на первой стадии продукты брожения подвергаются дальнейшим превращениям, в результате которых в значительном количестве образуются метан и диоксид углерода.

Основная роль во второй стадии брожения принадлежит метан-образующим бактериям, которые относятся к строгим анаэробам.

Морфологически метанобразующие бактерии весьма разнообразны, среди них есть кокки, сарцины,

палочки (Methanococcus, Methanosarcina, Methanobacterium).

Процесс образования метана необходим бактериям для получения энергии, другие способы получения энергии у них неизвестны.

В результате жизнедеятельности биоценоза метантенка происходит снижение концентрации органических загрязнений в отходах или сточных водах с одновременным образованием биогаза.

В состав биогаза входят метан и диоксид углерода, общее количество и процентное соотношение компонентов биогаза во многом определяется исходным составом сбраживаемой среды.

При распаде 1 г жироподобных веществ в среднем

образуется 1200 мл газа состава (в %): СН4 — 68,

СО2 — 32.

При распаде углеводоподобных соединений образуется около 800 мл газа из одного грамма, состав газа при этом (в %): СН4 — 50, СО2 — 50.

Существенную роль при проведении метанового

брожения играет и температурный режим; различают мезофильный (30–35 °С) и термофильный (50–60 °С) режимы сбраживания.

Метановое брожение, как и всякий анаэробный процесс, практически неуправляем и идет с очень низкой скоростью, а расход энергии, потребляемой клеткой на биосинтез, практически постоянен как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

Конструктивное оформление метантенка

Быков В.А. и др. Биотехнология: Микробиологическое производство биологически активных веществ и препара-

тов. — М.: Высш. шк., 1987. — 143 с.

Биологическая переработка промышленных отходов

Промышленные отходы:

отходы производств, основанных на использовании биологических процессов.

Отходы имеют различный состав и обычно перерабатываются путем биологического окисления.

Отходы химической промышленности: отходы, многие из которых с трудом поддаются разрушению и длительное время присутствуют в

среде, часто перед биологической переработкой отходов проводят их предварительную химическую или физическую обработку.

Использование специфических микроорганизмов для расщепления ксенобиотиков:

1)деградация отдельных видов отходов in situ с помощью специализированных культур микроорганизмов или их сообществ;

2)введение специально подобранных культур в обычные системы переработки отходов;

3)ликвидация и обезвреживание разливов нефти;

4)извлечение металлов;

5)биологическая очистка газов от пахучих и вредных соединений (меркаптанов, сероводорода, цианида, хлорзамещенных углеводородов и т. д.);

6)получение биомассы из отходов;

7)превращение отходов в метан.

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Метаболические пути биодеградации ксенобиотиков, созданных методом генной инженерии

В биодеградации сложной органической молекулы обычно участвуют несколько разных ферментов.

Гены, кодирующие такие энзимы, могут иметь хромосомную локализацию, но чаще всего входят в состав крупных плазмид, иногда локализуются и в хромосомной, и в плазмидной ДНК.

Ряд микроорганизмов обладает природной способностью к деградации различных ксенобиотиков, однако:

—ни один из них не может разрушать все органические соединения;

—некоторые органические соединения при высокой концентрации подавляют функционирование или рост микроорганизмов, их деградирующих;

—большинство очагов загрязнения содержат смесь химикатов; микроорганизм, способный разрушать один или несколько компонентов этих смесей, может инактивироваться другими компонентами;

—многие неполярные соединения адсорбируются частицами почвы и становятся менее доступными;

—биодеградация органических соединений происходит довольно медленно.

Создание бактериального штамма, способного разрушать камфару, октан, ксилол и нафталин

Прищеп Т. П. и др. Основы фармацевтической биотехнологии. — Ростов-на-Дону.: Феникс, 2006. – 256 с.

Можно расширить катаболические возможности микроорганизмов, модифицируя гены, кодирующие ферменты того илииного метаболического пути.

Совершенствование того или иного катаболического пути реально с помощью технологии рекомбинантных ДНК, традиционного мутагенеза и соответствующих методов отбора.

Катаболизм — совокупность реакций метаболизма, приводящих к расщеплению сложных органических веществ.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

Цель:

сформировать представление о препаратах на основе живых культур микроорганизмов и их производстве.

Рассматриваемые вопросы:

Микробиоценоз человека.

Основные представители нормофлоры.

Заболевания, вызванные нарушением нормофлоры.

Технология производства бактериальных препаратов и особенности их хранения.

Препараты нормофлоры.

Нормальная микрофлора человека — это качественное и количественное разнообразие микробов отдельных органов и систем, поддерживающее биохимическое, метаболическое и иммунное равновесие макроорганизма, необходимое для сохранения здоровья человека.

Микрофлора кишечника:

—облигатная (главная);

—факультативная (условно-патогенная и сапрофитная);

—транзиторная (случайная).

Роль микрофлоры — регуляция отношений между организмом и окружающей средой.

Процесс формирования кишечной микрофлоры происходит в первые дни жизни ребенка

I фаза — асептическая — длится 10–20 часов после рождения.

II фаза — транзиторная — заселение ЖКТ кокками и другими микроорганизмами (первые 2–4 дня после рождения).

III фаза — трансплантации, когда бифидофлора становится основой микробного пейзажа.

Микроорганизмы индигенные (постоянные) и транзиторные (случайные):

микроорганизмы, не способные к длительному пребыванию в организме человека, нахождение которых в нем носит случайный характер;

постоянные представители микрофлоры, приносящие несомненную пользу (бифидо-, лакто- и колибактерии);

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

Микрофлора урогенетального тракта женщин

У здоровых женщин репродуктивного возраста (с 16–18 до 45–50 лет) вагинальная жидкость содержит 105–108 микроорганизмов в 1 мл.

Микрофлора желудочно-кишечного тракта

П (просветная) — составляют микробы, локализующиеся в просвете кишечника

М (мукозная) — это микробы, тесно ассоциированные со слизистой оболочкой кишечника и образующие плотный бактериальный дерн.

Состав микрофлоры разных биотопов ЖКТ (Ардатская М.Д. и др., 2004)

Микрофлора кишечника в норме (Прищеп Т.П. и др., 2006)

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

Классификация дисбиоза кишечника (Александрович Н. Ж. и др., 2003)

Тактика лечения дисбактериоза

устранение избыточного бактериального обсеменения тонкой кишки;

восстановление нормальной микробной флоры;

улучшение кишечного пищеварения и всасывания;

восстановление нормальной моторики кишечника;

стимуляция реактивности организма.

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

Биопрепараты нормальной микрофлоры кишечника

Эубиотики (пробиотики) — это препараты мик-

робного происхождения, проявляющие свои позитивные свойства на микроорганизм через регуляцию кишечной микрофлоры.

Пребиотики принято считать как пищевые добавки

— это препараты немикробного происхождения, способные оказывать позитивный эффект на организм хозяина через селективную стимуляцию роста или активности нормальной микрофлоры кишечника.

Симбиотики — комплексные препараты, содержащие пробиотик и пребиотик.

Рис. Классификация бактерийных препаратов

Производство препаратов нормофлоры

Подготовка производственных помещений, оборудования, посуды, персонала, вентиляционной системы.

Подготовка и стерилизация сред.

Выращивание маточных (до 6 пассажей) и производственных культур.

Розлив жидкого полуфабриката во флаконы.

Сублимационная сушка.

Укупорка.

Маркировка, упаковка.

Контроль качества готовой лекарственной формы.

Частная технология препаратов нормофлоры

Лактобактерин. Для производства лактобактерина применяют штамм лактобактерий Lactobacillus plantarum, который относится к роду Lactobacillococcus. Лактобактерии представляют собой грамположительные палочки длиной 0,7–3,0 мкм. Растут в атмосфере СО2, N2, О2.

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________