<<
>>

Общая схема биотехнологического производства

  Центральное звено любого биотехнологического процесса — штамм, то есть совокупность микроорганизмов одного вида, обладающих специфическими физиолого-биохимическими признаками.

Биотехнологическое производство может быть направлено либо на получение максимально возможного количества биомассы (например, производство хлебопекарных дрожжей), либо на достижение максимума выхода продуктов жизнедеятельности клеток.

В естественных условиях обмен веществ в клетках осуществляется по принципам строжайшей экономии, что обеспечивается сложной системой его регуляции. Поэтому задача промышленных микробиологов состоит в создании мутантных форм микроорганизмов — сверхпродуцентов соответствующих веществ.

Биотехнологи добиваются сверхсинтеза необходимого продукта метаболизма, что достигается как путем изменения генетической программы организма, так и посредством нарушения его регуляторных систем.

Для выделения из природных популяций сверхпродуктивных штаммов используются разнообразные методы.

Селекция — это искусственный отбор организмов с лучшими в своем поколении показателями. Главный недостаток этого метода — его чрезвычайная длительность.

Более эффективен индуцированный мутагенез, основанный на мутагенном воздействии рентгеновского и УФ-излучения или некоторых химических соединений. Мутагены вызывают изменения ДНК, приводящие к сдвигу метаболических реакций, в результате чего часть обычных клеток превращаются в сверхпродуцентов.

Как правило, методы мутагенеза и селекции используются в совокупности. Например, так были получены высокопродуктивные штаммы бактерий Bacillus subtilis, способные выделять до 75 кг витамина В2 из тонны питательной смеси.

Достижения в области генетики и молекулярной биологии позволили биотехнологам начиная с 70-х гг. прошлого века, перейти от слепого отбора штаммов мутантов к сознательному конструированию геномов, используя для этой цели технологию рекомбинантной ДНК — основу современной генной инженерии.

Подробнее об этих механизмах будет рассказано чуть позже, а пока ознакомимся с общей схемой микробиологического производства и вкратце «пройдемся» по достигнутым результатам.

Общая схема микробиологического производства состоит из следующих основных этапов: Подготовка питательной среды

Питательная среда служит источником органического углерода — основного строительного элемента жизни. Микроорганизмы поглощают широкий спектр органических соединений — от метана (СН4), метанола (CH3OH) и углекислоты (СО2) до природных биополимеров. Кроме углерода клетки нуждаются в азоте, фосфоре и других элементах (K, Mg, Zn, Fe, Cu, Mo, Mn и др.) Важный элемент подготовки питательных сред — стерилизация с целью уничтожения всех посторонних микроорганизмов. Ее проводят термическим, радиационным, фильтрационным или химическим методами. Получение чистых штаммов для внесения в ферментер

Прежде чем начать процесс ферментации, необходимо получить чистую высокопродуктивную культуру. Чистую культуру микроорганизмов хранят в очень небольших объемах и в условиях, обеспечивающих ее жизнеспособность и продуктивность (обычно это достигается хранением при низкой температуре).

Необходимо все время поддерживать чистоту культуры, не допуская ее заражения посторонними микроорганизмами. Ферментация — основной этап биотехнологического процесса

Ферментация — это вся совокупность операций от внесения микробов в подготовленную и нагретую до необходимой температуры среду до завершения биосинтеза целевого продукта или роста клеток. Весь процесс протекает в специальной установке — ферментере.


Обычный ферментер представляет собой закрытый цилиндр, в котором механически перемешиваются среда вместе с микроорганизмами.

Через него прокачивают воздух, иногда насыщенный кислородом. Температура регулируется с помощью воды или пара, пропускаемых по трубкам теплообменника. Конструкция ферментера должна позволять регулировать условия роста: постоянную температуру, pH (кислотность или щелочность) и концентрацию растворенного в среде кислорода.

По окончании ферментации образуется смесь рабочих микроорганизмов, раствора непотребленных питательных компонентов и продуктов биосинтеза. Ее называют культуральной жидкостью или бульоном. Выделение и очистка конечного продукта

По завершении ферментации продукт, который желали получить, очищают от других составляющих бульона. Для этого используют различные технологические приемы: фильтрацию, сепарирование (осаждение частиц взвеси под действием центробежной силы), химическое осаждение и др. Получение товарных форм продукта

Последней стадией биотехнологического цикла является получение товарных форм продукта. Они представляют собой либо смесь, либо очищенный продукт (особенно если он предназначен для использования в медицинских целях).

<< | >>
Источник: Мария Рыбалкина. НАНОТЕХНОЛОГИИдля всех. 2005

Еще по теме Общая схема биотехнологического производства:

  1. § 2. ФИЛОСОФСКО-АНТРОПОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМАТИКА В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ФИЛОСОФИИ СОЗНАНИЯ
  2. Введение. история развития производства этанола в россии
  3. 4.6. Основные направления совершенствования безотходных производств на основе возобновляемого растительного сырья
  4. § 2. Государственное управление в сфере экономики
  5. Сети как постиндустриальная форма территориальной организации
  6. НАУКА КАК СОЦИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
  7. Научная и научно-инновационная деятельность
  8. КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. АЛЬ-ФАРАБИ - ВЕДУЩИЙ НАУЧНЫЙЦЕНТР КАЗАХСТАНА
  9. Индикаторы распространения нанотехнологий в производственной сфере
  10. 5.2. Технологии типа от нано к био
  11. Общая схема биотехнологического производства
  12. Основные механизмы генной инженерии