Бактерії й ціанобактерії

Мікроорганізмів, які синтезують продукти або здійснюють реакції, корисні для людини, кілька сотень видів. Біотехнологічні функції бактерій різноманітні. Бактерії використовуються при виробництві: – харчових продуктів, наприклад, оцту (Gluconobacter suboxidans), молочнокислих напоїв (Lactobacillus, Leuconostoc) і ін.; – мікробних інсектицидів (Bacillus thuringiensis); – білка (Methylomonas); – вітамінів (Clostridium – рибофлавін); – розчинників й органічних кислот; – біогазу й фотоводню.

Корисні бактерії відносяться до еубактерій. Оцтовокислі бактерії, представлені родами Gluconobacter й Acetobacter, – це грамнегативні бактерії, які перетворюють етанол в оцтову кислоту, а оцтову кислоту у вуглекислий газ і воду. Рід Bacillus відноситься до грампозитивних бактерій, які здатні утворювати ендоспори й мають перитрихіальні джгутики. B.subtilis – суворий аероб, а B.thuringiensis може жити й в анаеробних умовах. Анаеробні бактерії, які утворюють спори представлені родом Clostridium. C.acetobutylicum зброджують вуглеводи в ацетон, етанол, ізопропанол й n-бутанол (ацетобутанолове бродіння), інші види можуть також зброджувати крохмаль, пектин і різні азотвмісні сполуки.

До молочнокислих бактерій відносяться представники родів Lactobacillus, Leuconostoc й Streptococcus, які не утворюють спори, грампозитивні й нечутливі до кисню. Гетероферментативні молочнокислі бактерії роду Leuconostoc перетворюють вуглеводи в молочну кислоту, етанол і вуглекислий газ. Гомоферментативні молочнокислі бактерії роду Streptococcus продукують тільки молочну кислоту, а бродіння, яке здійснюють представники роду Lactobacillus, дозволяє одержати поряд з молочною кислотою ряд різноманітних продуктів.

До бактерій роду Corynebacterium, нерухомі грампозитивні клітини які не утворюють ендоспор, відносяться патогенні (C.diphtheriae, C.tuberculosis) і непатогенні ґрунтові види, що мають промислове значення. С.glutamicum є джерелом лізину і поліпшує смак нуклеотидів. Коринебактерії хоча й вважаються факультативними анаеробами, краще ростуть аэробно. Бактерії використовуються для мікробного вилужування руд й утилізації гірничорудних відходів.

Широко використовується така властивість деяких бактерій, як діазотрофність, тобто здатність до фіксації атмосферного азоту.

Виділяють дві найбільші групи діазотрофів:

– симбіонти: без кореневих клубеньків (азотобактер – лишайники, азоспіриллум – лишайники, анабена – лишайники, азолла), з кореневим клубеньками (бобові – ризобії, вільха, лох, обліпиха – актиноміцети);

– вільноживучі: гетеротрофи (азотобактер, клостридіум, метилобактер), автотрофи (хлоробіум, родоспіриллум й амебобактер).

Мікробні клітини використовують для трансформації речовин.

Бактерії також широко використовуються в генноінженерних маніпуляціях при створенні геномних клонотек, введенні генів у рослинні клітини (агробактерії).

Виробничі штами мікроорганізмів повинні відповідати певним вимогам: здатність до росту на дешевих поживних середовищах, висока швидкість росту й утворення цільового продукту, мінімальне утворення побічних продуктів, стабільність продуцента відносно виробничих властивостей, нешкідливість продуцента й цільового продукту для людини й навколишнього середовища. У зв'язку із цим всі мікроорганізми, які використовуються в промисловості проходять тривалі випробування на нешкідливість для людей, тварин і навколишнього середовища. Важливою властивістю продуцента є стійкість до інфекції, що важливо для підтримки стерильності, і фагостійкість.

Усі ціанобактерії володіють здатністю до азотфіксації, що робить їх досить перспективними продуцентами білка. Анабена (Anabaena) – нитчаста (синьо-зелені водорості). Нитки з більш-менш округлих клітин, містять гетероцисти й іноді великі спори, по всій довжині нитки однакової товщини. У цитоплазмі клітин відкладається подібний до глікогену запасний продукт – анабенін. Такі представники ціанобактерій, як носток, спіруліна, триходесміум їстівні й безпосередньо вживаються в їжу. Носток утворює на безплідних землях скоринки, які розбухають при зволоженні. У Японії місцеве населення використовує в їжу шари ностока, які утворюються на схилах вулканів й називає їх ячмінним хлібом Тенгу (Тенгу – добрий гірський дух).

Свій хід спіруліна (Spirulina platensis) почала з Африки – населення району озера Чад давно вживає її в їжу, називаючи цей продукт «дихе». Інше місце, звідки почала поширюватися спіруліна, але іншого виду (Spirulina maxima) – води озера Тескоко в Мексиці. Ще ацтеки збирали з поверхні озер й уживали в їжу слизову масу синьо-зеленої водорості спіруліни. Уперше галети "текуітлатл" згадані іспанцем Кастильо у 1521 р. Ці галети продавалися на базарі в Мехіко й складалися з висушених шарів S.maxima. У 1964 році бельгійський ботанік Ж.Леонар звернув увагу на галети синьо-зеленого кольору, які місцеве населення виготовляло з водоростей, що ростуть у лужних ставках навколо озера Чад. Ці галети являли собою висушену масу спіруліни. Аналіз зразків Spirulina показав, що в ній мітиться 65% білків (більше, ніж у соєвих бобах), 19% вуглеводів, 6% пігментів, 4% ліпідів, 3% волокон й 3% золи. Для білків цієї водорості характерним є збалансований вміст амінокислот. Клітинна стінка цієї водорості добре переварюється. Як озеро Тескоко, так і водойми району озера Чад мають у воді дуже високі концентрації лугів. Характерно, що в таких озерах спіруліна повністю домінує й росте майже як монокультура – становить в окремих озерах до 99 % загальної кількості водоростей. Росте спіруліна в лужному середовищі при рН аж до 11. Її збирають також з озер біля м. Мехіко, одержуючи до 2 т сухої маси біомаси водорості на добу, і ця продукція розсилається в США, Японію, Канаду. В інших країнах спіруліну культивують в штучних водоймах або спеціальних ємностях. Спіруліну можна культивувати у відкритих ставках або, як в Італії, у замкнутій системі з поліетиленових труб. Урожайність дуже висока: одержують до 20 м сухої маси водорості з 1 м² у день, а розрахунки на рік показали, що вона перевищить вихід пшениці приблизно в 10 разів.

Переваги спіруліни в порівнянні з іншими їстівними водоростями не тільки в простоті культивування, але й у нескладності збору біомаси, висушування її, наприклад, під сонцем. У ряді країн вирощують спіруліну виду Spirulina platensis. Недавно було показано, що в клітинах спіруліни, окрім білка, вуглеводів, ліпідів, вітамінів, у значних кількостях запасається, наприклад, така речовина, як полі-b-оксибутират. Вітчизняна фармацевтична промисловість випускає препарат «Сплат» на основі ціанобактерії Spirulina platensis. Він містить комплекс вітамінів і мікроелементів і застосовується як загальзміцнюючий та імуностимулюючий засіб.