Микробиологические клетки

В современной мировой практике с помощью микробиологического синтеза получают около 60% всего объема производимых аминокислот. Это обусловлено прежде всего его высокими технологическими показателями, а также возможностью организовать в пределах одного предприятия получение как кормовых препаратов, так и особо чистых индивидуальных аминокислот, пригодных к использованию в пищевой промышленности и медицинской промышленности.

Преимуществом микробиологического синтеза является и то, что используемые микроорганизмы образуют аминокислоты в биологически активной L-форме. Организацию промышленного производства L-аминокислот с помощью микроорганизмов осуществляют по двум технологическим схемам. Они различаются в основном, стадией получения культуральной жидкости. В первой предполагается производство культуральной жидкости в две стадии (двуступенчатый способ), во второй – в одну ступень (одноступенчатый способ). В двуступенчатом способе первой ступенью является образование предшественника и биосинтез фермента; на второй стадии происходит процесс трансформации предшественника в аминокислоту с помощью ферментных систем, выращенных на первой стадии.

Одноступенчатый способ синтеза с помощью микроорганизмов получил наибольшее распространение. Он основан на культивировании определенного штамма – продуцента целевой аминокислоты. Такие мутантные штаммы получают либо методом генной инженерии, либо путем воздействия различных мутагенов физической и химической природы на исходную культуру микроорганизма с последующей селекцией штамма по заданным признакам.

Так, производство лизина осуществляют с помощью штаммов Brevibacterium flaum и corynebacterium glutamicum. Практически весь лизин, производимый в мире микробиологическим синтезом, расходуется на обогащение кормов сельскохозяйственных животных и птицы. В России широкое распространение имеют кормовые препараты лизина в виде ЖКЛ (жидкий концентрат лизина) и ККЛ (кормовой концентрат лизина). Помимо этого получают высококонцентрированные кормовые и высокоочищенные кристаллические препараты для пищевой и медицинской промышленности. ЖКЛ и ККЛ содержат всю сумму веществ, присутствующих в культуральной жидкости и твердые нерастворимые частицы исходной среды, а также другие соединения, в том числе витамины группы В, РР и др. Препарат ККЛ содержит 15-20% лизина; препарат, называемый «высококонцентрированный кормовой препарат» содержит 70% лизина; кристаллические высокоочищенные препараты лизина содержат 97-98% лизина.

Вместе с тем некоторые микроорганизмы являются продуцентами ряда витаминов и используются в биотехнологии для их получения. Например, Propionibacterium freudenreichii подвид shermanii служит продуцентом витамина В12.Продуцентом β- каротина – предшественника витамина А – является мицелиальный гриб Blakesleea trispora. Способностью выделять рибофлавин обладают некоторые аскомицетные грибы, например Ashbya gossypii и Eremothecium ashbyii.

Полученные микробиологическим путем витамины используют как кормовые добавки для сельскохозяйственных животных, а также при дополнительной очистке в качестве пищевых добавок и витаминных препаратов в пищевой промышленности и фармакологии, соответственно.

Среди вторичных метаболитов, образуемых микроорганизмами, наибольшее значение имеют антибиотики. Химические соединения, получаемые с помощью микроорганизмов, находят широкое применение в медицине, ветеринарии и в сельском хозяйстве для борьбы с заболеваниями животных и растений. В настоящее время количество разнообразных антибиотиков превысило шесть тысяч, причем число новых препаратов ежегодно возрастает. Продуцентами антибиотиков служат различные группы микроорганизмов. Мицелиальные грибы синтезируют такие широко известные антибиотики, как пенициллины, цефалоспорины. Стрептомицеты служат продуцентами стрептомицина, хлоромфеникола, тетрациклиновых антибиотиков и актиномицина, а бактерии Bacillus brevis образуют грамицидин.

К низшим фотоавтотрофным организмам, имеющим эукариотический тип клетки, обитающих преимущественно в водной среде или приспособившихся к жизни в почве и некоторых наземных местообитаниях, относятся водоросли.

Пищевые качества водорослей не уступают таковым высших растений. Биомасса их отличается высоким содержанием полноценных белков (включающих все необходимые для питания человека и животных аминокислоты, в том числе незаменимые), витаминов и других физиологически активных веществ.

Водоросли используются также в земледелии как удобрения, фиксаторы атмосферного азота, продуценты кислорода и органических веществ (в том числе типа антибиотиков), регуляторы влажности, агенты, улучшающие структуру почвы и повышающие почвенное плодородие. В животноводстве они применяются в качестве белково-витаминных добавок в рацион животных, источников микроэлементов и ростовых веществ, способствующих повышению продуктивности сельскохозяйственных животных.

Водоросли используются как промышленное сырьё для получения альгиновых кислот и альгинатов, агар-агара, каррагенана, сорбита, маннита, этилового и метилового спиртов, органических кислот, эфиров, разнообразных ферментов, витаминов, антибиотиков и др. физиологически активных веществ. Возрастает значение водорослей в медицине как регенераторов лечебных грязей, источников получения уникальных медпрепаратов (заменителей крови, растворимых хирургических нитей, противодиабетических и противоопухолевых препаратов, соединений, способствующих выведению радиоактивных веществ из организма при лучевой болезни и др.).

Обладая многими полезными для человека свойствами, водоросли вместе с тем могут приносить значительный ущерб народному хозяйству, вызывая биокоррозию промышленных и строительных материалов, порчу произведений искусства, памятников архитектуры, вызывают «цветение» воды, сопровождаемое выделением токсических веществ, кислородной недостаточностью, массовой гибелью беспозвоночных и рыб.