Выделение продуктов биосинтеза

Эта стадия имеет определенные отличия, связанные с тем, являются ли целевые продукты внеклеточными или внутриклеточными.

Так, для внутриклеточных продуктов сначала необходимо разрушить клеточную стенку определенным способом.

Дезинтеграция клеток. Этот процесс разрушения клеточной стенки может осуществляться как физическими методами (с помощью мелющих тел, путем замораживания и продавливания, воздействием ультразвука, методом декомпрессии – резкого сброса давления), так химическими и биотехнологическими.

Гидролиз – разрушение клеточной стенки под действием химических реагентов и температуры.

Ферментолиз – разрушение клеточной стенки под действием ферментов при повышенной температуре.

Автолиз– разновидность ферментолиза, когда используют собственные ферменты клетки.

После проведения предварительной операции разрушения клеток выделение целевого продукта осуществляется из раствора методами, которые являются общими для вне- и внутриклеточных продуктов.

Экстракция – переход целевого продукта из водной фазы в несмешивающуюся с водой органическую жидкость (экстрагент). Наиболее известно выделение жироподобных веществ жидкими углеводородами, но применяются и многие другие экстрагенты (хлороформ, бутил, этилацетат и т.п.). экстракция прямо из твердой фазы (в том числе и биомассы микроорганизмов) называется экстрагированием.

Осаждение – выделение целевого продукта путем добавления к жидкости реагента, взаимодействующего с растворенным продуктом и переводящего его в твердую фазу.

Адсорбция – перевод растворенного в жидкости продукта в твердую фазу путем его сорбции на специальных твердых носителях (сорбентах).

Ионный обмен – то же, что и адсорбция, но в этом случае в твердую фазу переходят ионы (катионы или анионы), а не целиком молекулы целевого продукта или примеси.

Отгонка, ректификация – эти методы используют для выделения из культуральной жидкости легкокипящих продуктов.

Ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос – применяются для выделения высокомолекулярных соединений (белки, полипептиды, полинуклеотиды). Обратный осмос и нанофильтрация позволяет отделить даже небольшие по размеру молекулы.

Центрифугирование, ультрацентрифугирование используют для выделения вирусов, клеточных органелл, высокомолекулярных соединений.

Очистка продукта

На стадии выделения продукта главная задача - отделить основную часть продукта, пусть даже и с некоторыми примесями. На выходе получается продукт технически чистый. Поэтому, когда необходимо получить продукт более высокой чистоты вводят стадию очистки. Задача этой стадии – убрать примеси и сделать продукт максимально чистым. Эта задача решается с помощью разнообразных процессов, в числе которых многие из тех, что уже были рассмотрены ранее. Это экстракция и экстрагирование, адсорбция, ионный обмен, ультрафильтрация и обратный осмос, ректификация и ферментолиз. Но кроме того, существуют более сложные.

Хроматография – процесс, напоминающий адсорбцию. На твердом сорбенте собираются растворенные вещества, но не одно, а несколько, часто сходных по структуре. Например, смеси белков, нуклеотидов, сахаров, антибиотиков. При адсорбции они и десорбируются вместе, а вот при хроматографии они сходит с сорбента по очереди, что и позволяет их разделять и, значит, очищать друг от друга.

Диализ – процесс, в котором через полупроницаемую мембрану осуществляется переход низкомолекулярных соединений, в то время как высокомолекулярные остаются с другой стороны мембраны. Путем диализа осуществляется очистка вакцин и ферментов от солей и низкомолекулярных примесей.

Кристаллизация. Этот процесс базируется на различной растворимости веществ при разных температурах. Медленное осаждение позволяет формировать кристаллы из растворов целевых продуктов, причем чистота их обычно очень высока. Вся грязь остается в маточном растворе. Таким образом, например, получают кристаллы пенициллина. Можно даже получить еще более чистый продукт, если кристаллы растворить в воде или растворителе, а потом снова кристаллизовать ( т.е. провести процесс перекристаллизации).