Селекция продуцентов антибиотиков, органических кислот и ферментов

Антибиотики – наиболее значительный класс фармацевтических препаратов, который синтезируется микроорганизмами. Образование антибиотиков представляет собой длинную цепь ферментативных реакций, кодируется 15-30 генами. Современные антибиотики получены благодаря многоступенчатому подбору и селекции продуцентов.

Например, биосинтетическая активность природных продуцентов пенициллина не превышала сначала 5-20 мг антибиотика в 1 л питательного субстрата. Затем был обнаружен мутант Penicillium chrysogenum, который производил 60 мг/л пенициллина. Это позволило провести первые клинические испытания. Далее была разработана последовательность методов получения суперпродуцента: спонтанная мутация (150 мг/л), радиационная обработка (300 мг/л), действие ультрафиолетовых лучей (550 мг/л), комбинированное воздействие ультрафиолетового облучения и этиленимина (5-7 г/л) и т.д. В настоящее время используются продуценты, которые производят 20-25 г/л пенициллина. Это в 10-12 тысяч раз больше, чем продуктивность первых культур.

Для получения новых антибиотиков используют мутасинтез. При этом продуцент синтезирует только часть лекарства. Недостающий фрагмент получают химическим путем, затем вносят его в среду культивирования, а мутант завершает синтез антибиотика. Так получают полусинтетические антибиотики.

Путем воздействия нитрозаминами, ультрафиолетовыми лучами, ионизирующим излучением был получен высокопродуктивный штамм Р-З Aspergillus niger. Он давал выход лимонной кислоты 98-99% от количества ассимилированной сахарозы. Аналогичным путем был получен штамм Л-З Lactobacillus delbrueсkii. Он стабилен, не нуждается в искусственном мутагенезе, выход молочной кислоты составляет 95-98 % от количества усвоенной сахарозы.

Селекция продуцентов ферментов – трудная задача. Это обусловлено сложностью строения ферментов, многообразием механизмов их регуляции, значительной термолабильностью и др. Обычно активность биосинтеза ферментов удается повысить лишь в 3-5 раз по сравнению с исходными культурами. Однако, повысить продуктивность биообъекта по выработке ферментов в десятки раз можно путем сочетания методов селекции микроорганизмов с методами генетической и клеточной инженерии. Так, была увеличена способность E. coli к биосинтезу a-амилазы в 200 раз.

Вопросы для самоконтроля

1) Понятие «селекция».

2) Метод спонтанных мутаций.

3) Индуцированный мутагенез.

4) Метод отбора продуцентов по их устойчивости к структурным аналогам целевого продукта.

5) Главные этапы селекции микроорганизмов.

6) Мутационная изменчивость.

7) Отбор положительных мутантов.

8) Гибридизация микроорганизмов.

9) Основные принципы селекции продуцентов антибиотиков, органических кислот и ферментов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Биотехнология: учебное пособие для вузов, в 8 кн., под ред. Егорова Н.С., Самуилова В.Д. – М., 1987.

2. Блинов, В.А. Общая биотехнология: курс лекций. В 2-х частях. Ч. 1 / В.А. Блинов. – Саратов, 2003.

3. Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. – М.: Мир, 2002. – 592 с. – ISBN: 5-03-003328-9

4. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – ISBN 5-02-026027-4

5. Сельскохозяйственная биотехнология / Шевелуха В.С. и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 427 с. – ISBN: 5-06-004264-2

Дополнительная

1. Клунова, С.М. Биотехнология: учебник / С.М. Клунова, Т.А. Егорова, Е.А. Живухина. – М.: Академия, 2010. – 256 с. – ISBN 978-5-7695-6697-4

2. Современные проблемы и методы биотехнологии [Электронный ресурс]: электронное учебное пособие / Н.А. Войнов, Т.Г. Волова, Н. В. Зобова и др.; под науч. ред. Т.Г. Воловой. – Электрон. дан. (12 Мб). – Красноярск: ИПК СФУ, 2009.

3. Тарантул, В.З. Толковый биотехнологический словарь русско-английский: справочное издание [Электронный ресурс] / В.З. Тарантул. – М.: Языки славянских культур, 2009. – 936 с. – ISBN: 978-5-95-51-0342-6 – Доступ с сайта научной библиотеки СГАУ – ЭБС IPRbooks

4. http://www.biotechnolog.ru

Лекция 17