Использование термофильных микроорганизмов в промышленности и медицине

Описанные особенности термофильных микроорганизмов делают весьма заманчивой перспективу использования их в различных отраслях промышленности.

Пока данной области сделано очень мало, хотя представляющиеся здесь возможности очевидны. К примеру можно взять хотя бы бродильную промышленность. Известно, что микробиологические процессы при высоких температурах осуществляются значительно быстрее, чем при обычно используемых в практике бродильных производств. В южных местностях, к тому же при высокой летней температуре, некоторые бродильные процессы подавляются, и для их интенсификации желательно было бы, вместо обычных микроорганизмов, применять термофильные или термотолерантные их формы. Например, летняя жаркая погода весьма осложняет работы на заводах уксусной кислоты. Аналогичное явление происходит и на спиртовых заводах.

Несмотря на отмеченные моменты, в бродильной промышленности пока используется лишь относительно теплолюбивая культура молочнокислой палочки Bact. delbrucki, весьма энергично образующая молочную кислоту. Термофильных возбудителей других процессов найти в природе пока не удалось, а искусственное их выведение только начинают изучать.

В последние годы в Советском Союзе значительная работа по практическому использованию термофильных микроорганизмов была проведена Имшенецким (1944).

К настоящему времени известное практическое применение нашли термофильные целлюлозоразрушающие микроорганизмы. Рекомендовали их культуры использовать для испытания целлюлозных материалов. Однако эти методы оказались весьма несовершенны. Прежде всего, проводимые этими методами испытания требуют значительного времени (8—10 дней). Помимо того, разобранные приемы испытаний не могут гарантировать стандартных результатов, так как в отдельных случаях для работы берется совершенно различная микрофлора. Это мешает сопоставлять данные, полученные в различное время.

Имшенецкий предложил значительно более совершенную методику, основанную на применении обогащенных культур термофильных целлюлозразлагающих бактерий.

К настоящему времени до известной степени подработан способ сбраживания клетчатки каучуконосов с помощью термофильных микроорганизмов.

Следует отметить, что термофильные целлюлозные бактерии, разлагая клетчатку, образуют из газообразных продуктов лишь углекислый газ и водород. Метан выделяется при распаде органических соединений, полученных при разрушении клетчатки. Этот процесс вызывается разнообразными спутниками целлюлозных бактерий. Таким образом, в производстве приходится иметь дело с метабиотическим сообществом микробов.

При распаде клетчатки, вызываемом обогащенными или чистыми культурами термофильных целлюлозных бактерий, образуются органические кислоты и этиловый спирт. Этот момент дал повод для разработки технических приемов получения отмеченных выше соединений из различных отходов сельскохозяйственного производства. Можно указать, что способ термофильного сбраживания целлюлозы для получения спирта и кислот не получил широкого использования. Препятствием к его внедрению является небольшая концентрация веществ, получающихся в сбраживаемой жидкости, а также нестандартный характер образующихся продуктов.

Из газообразных продуктов наиболее постоянными являются водород и углекислый газ. Иногда обнаруживается метан. Его выход обычно возрастает при исчезновении этилового спирта. В общем имеются большие возможности практического использования термофильных целлюлозуразлагающих бактерий, но они далеко не полностью пока реализованы.

Значительных успехов в применении амилазы термофильных бактерий добился Имшенецкий. Препараты амилазы довольно широко применяются в различных отраслях промышленности, но во многих случаях целесообразнее пользоваться ферментными препаратами, полученными из термофильных бактерий, как обладающими значительно большей производительностью и быстротой действия. Доказано, что амилаза, выделенная из культуры детально изученной спороносной термофильной палочки Bac. diastaticus, в 5—10 раз скорее производит гидролиз декстринов, чем Bac. mesentericus, амилаза которого находит себе практическое применение.

Энергичное действие амилазы термофильных бактерий происходит лишь при температуре 70—90°; при более низких температурах активность амилазы довольно резко снижается.

Амилаза термофильных бактерий по своей активности при нейтральной и слабо щелочной реакции резко отличается от амилазы грибов из рода Aspergillus и солода.

Имшенецкому удалось разработать схему производства бактериальной амилазы, используя культуру Bac. diastaticus.

Ферментные препараты термофилов могут быть применены в тех случаях, когда необходимо быстрое разжижение крахмала и сравнительно незначительное осахаривание. Супербиолазу можно рекомендовать для разжижения крахмалсодержащих заторов в бродильных производствах. Однако до сих пор этот препарат в бродильной технике не нашел применения.

Супербиолазой пользуются в текстильной промышленности для удаления крахмала с хлопчатобумажных или камвольных тканей. В обоих случаях желательно не полное осахаривание крахмала, а только перевод его в декстрины.

Не менее целесообразно могут быть использованы протеиназы термофильных бактерий, свойства которых также были обстоятельно изучены Имшенецкими его сотрудниками.

Имшенецкий делал попытки освобождения шелка от серицина, т. е. обесклеивания его протеиназами термофильных бактерий. При практическом осуществлении подобный прием дал бы возможность освободиться от обычно применяющейся химической обработки шелка. Опыты Имшенецкого относятся к периоду перед Великой Отечественной войной. В недавно опубликованной сводке Гауграна имеется указание на аналогичное применение протеиназа для обработки шелка, предложенное Катагири и Никахама.

По мнению Имшенецкого, целесообразно было бы использовать в сыроделии химозин термофильных бактерий, вместо сычужного фермента. Протеолитические ферменты термофилов, повидимому, могут в некоторых случаях заменить химическую обработку сырья животного происхождения, как, например, при чистке шерсти животных, получении клея из костей, и т. д.

Можно отметить, что по некоторым данным, термофильный процесс используется для мацерации растительных тканей при получении из них масла.

В общем же следует считать, что практическое использование чистых культур термофильных микроорганизмов и вырабатываемых ими ферментов в настоящее время осуществляется недостаточно.

Делаются попытки получения лечебных препаратов из культур термофильных микробов. Отдельные наблюдения показывают, что среди термофильных бактерий и актиномицетов имеются виды, активно вырабатываюпще антибиотически действующие вещества. Некоторые из них обладают довольно широким спектром и угнетают как грам-положительные, так и грам-отрицательные формы бактерий. Между тем общие соображения явно говорят за целесообразность более детального изучения термофильных микробов-антагонистов.

Термофилы биохимически весьма активны. Это может обеспечить быстрое накопление ценных веществ в среде. Вещества, вырабатываемые термофилами, очень устойчивы к действию повышенной температуры. Это обстоятельство облегчает очистку соединений, накопленных в культурах термофилов. Наконец, среди термофильных микроорганизмов до сих пор не найдены возбудители болезненных явлений у человека и животных, Это облегчает отбор перспективных культур по признаку патогенности и токсигенности.

На основании отдельных сообщений, можно судить, что сейчас возрастает интерес и к термофильным грибам как производителям антагонистически действующих веществ.

Использование в промышленности и медицине культур термофильных микроорганизмов имеет большие возможности. Из них реализована в настоящее время лишь весьма небольшая часть.

Литература: Е.Н. Мишустин. Термофильные микроорганизмы в природе и практике. Издательство Академии наук СССР. Москва. 1950