<<
>>

Примеры биотехнологических производств

  Получение аминокислот

Среди веществ, получаемых методами биотехнологии, аминокислоты занимают первое место по объему производства — более полумиллиона тонн в год, однако и это — лишь небольшая доля от потребности в них.

Аминокислоты — это структурные единицы, из которых рибосомы строят все необходимые белки организма. Природные аминокислоты вовлечены в биосинтез ферментов, гормонов, витаминов, антибиотиков, токсинов и других азотсодержащих соединений. Белки, в свою очередь, способны синтезировать различные аминокислоты из органического сырья. Но все же половина из необходимых аминокислот не синтезируются в организме человека и животных. Они называются незаменимыми аминокислотами. Недостаток этих аминокислот в питании приводит к нарушению обмена веществ, замедлению роста и развития.

Аминокислота

Потребность, мг

/кг массы в сутки

младенцы

взрослые

Валин

92

14

Гистидин

33

10

Изолейцин

83

12

Лейцин

135

16

Лизин

99

12

Метионин и цистеин

49

10

Фениланин и тирозин

141

16

Треонин

68

8

Трептофан

21

3

Табл 10. Потребность человека в незаменимых аминокислотах

Белки яиц и молока обладают высокой пищевой ценностью — это и неудивительно, ведь растущим детенышам необходим весь спектр аминокислот.

Многие белки растительного происхождения имеют дефицит некоторых незаменимых аминокислот. Так, белки пшеницы и риса обеднены лизином и треонином, а белки кукурузы — лизином и триптофаном.

Внесение промышленных аминокислот в кормовые концентраты позволяет балансировать корма сельскохозяйственных животных по уровню белка. При добавлении 2-4 кг дефицитных аминокислот к 1 т. комбикорма общий расход кормов уменьшается на 15-20%, а выход мяса и молока увеличивается на 20%. Это позволило перевести животноводство на промышленную основу.

Помимо применения в качестве пищевых добавок, приправ и усилителей вкуса аминокислоты используют как сырье в химической, парфюмерной, фармацевтической промышленности и т. п. Промышленное производство аминокислот стало возможным после открытия у некоторых микроорганизмов способности вырабатывать их во внешнюю среду.

Так, штамм Corynebacterium glutamicum является продуцентом глутамата. Его использовали при организации первого в мире крупномасштабного биотехнологического производства самой популярной пищевой добавки, глутаминовой кислоты, в Японии в 1956 году.

Промышленными продуцентами лизина являются штаммы бактерий вида Corinebacterium glutamicum. Лизин относится к числу незаменимых аминокислот. В России недостаток этой аминокислоты не может быть восполнен за счет богатой ею сои, поэтому в нашей стране производство лизина было организовано первым, в первую очередь — для удовлетворения потребностей животноводства.

Перспективные штаммы продуцентов постоянно улучшают селекцией мутантов с измененной генетической программой и регуляторными свойствами.

Получение витаминов

Витамины — незаменимые соединения различной химической природы, выполняющие каталитические и регуляторные функции. Недостаток того или иного витамина нарушает обмен веществ и нормальные процессы жизнедеятельности организма, приводя к развитию патологических состояний. В организме человека и животных витамины не образуются. К их синтезу способны только растения и ряд микроорганизмов.

Способность последних вырабатывать необходимые человеку витамины легли в основу их промышленного производства.

Получение органических кислот

Методы промышленной микробиологии широко применяются для производства некоторых органических кислот, необходимых человеку. Вырабатываемая микробами уксусная кислота используется в пищевой промышленности, производстве каучука, пластмассы, волокон, инсектицидов. Лимонную кислоту широко используют в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности, а также для очистки металлов. Производство лимонной кислоты принадлежит к числу старейших микробиологических процессов, оно было организовано в 1893 году. С 20-х годов прошлого века налажено промышленное производство D-глюконовой кислоты из глюкозы при участии Aspergillus niger. Ее используют для извлечения металлов, борьбы со ржавчиной, как моющее средство и в качестве медицинского препарата. Также из глюкозы получают итаконовую кислоту, использующуюся для производства пластмасс и красителей.

Получение антибиотиков

Антибиотики — это вещества биологического происхождения, способные убивать микроорганизмы или угнетать их рост. В природе при помощи антибиотиков микроорганизмы борются друг с другом.

Антибиотики делят на бактерицидные, вызывающие гибель микроорганизмов, и бактериостатические, нарушающие способность микроорганизмов делиться.

Первый антибиотик — пенициллин, образуемый плесневым грибом Penicillium notatum, открыл английский бактериолог А. Флеминг (1928). «Оружие микробов» развеяло представления о неизлечимости многих бактериальных заболеваний (туберкулез, сепсис, сифилис и др.) Организация крупномасштабного производства антибиотиков в 40-х годах ХХ века сыграло решающую роль в становлении промышленной биотехнологии.

Количество открываемых антибиотиков постоянно растет. В 1940 году было известно всего 6 антибиотиков, а в настоящее время описано более 12 000 аналогичных соединений, из которых в медицине применяют около 200 препаратов.

97% антибиотиков токсичны и для человека, поэтому на практике не используются.

Ежегодно в мире производится антибиотиков почти на 20 млрд. долларов. Антибиотики продуцируются плесневыми грибами, актиномицетами, эубактериями и другими микроорганизмами. Среди актиномицетов наибольший вклад вносит род Streptomyces, один из видов которого, Streptomycesgriseus, синтезирует более 50 различных антибиотиков.

Получение ферментов

Ферменты (от лат. fermentum — закваска), или энзимы (от греч. еп — внутри + zyme — закваска) — белки-катализаторы, присутствующие в каждой клетке. Ускоряя биохимические реакции, ферменты направляют и регулируют все процессы обмена веществ. Ничтожное количество ферментов способно вызывать разложение больших масс других органических веществ, не расходуясь при этом. Будучи самостоятельными химическими веществами, ферменты сохраняют каталитическую активность и вне клеток. В отличие от химических катализаторов, ферменты нетоксичны, используют доступное сырье (в т. ч. отходы), в связи с чем их применение в промышленности выгодно и с экологической, и с экономической точек зрения. Ферменты находят широкое применение в текстильной, кожевенной, целлюлозно-бумажной, медицинской, химической и пищевой промышленности. В медицине распространена практика использования ферментов в диагностических целях, например, для выявления инфаркта миокарда или заболеваний печени.

Источником ферментов могут выступать все живые существа. Для их получения пригодны некоторые растительные организмы на определенной фазе их развития (проросшие зерна злаков и бобовых), а также отдельные ткани и органы животных (поджелудочная железа, слизистая оболочка желудочнокишечного тракта, сычуг рогатого скота, семенники половозрелых животных). Однако для массового производства ферментов используют микроорганизмы.

Получение микробных иммуннобиологических препаратов - вакцин, иммунных сывороток и диагностикумов

Вакцины — основной способ профилактики инфекционных заболеваний.

Это препараты, изготовленные из ослабленного или убитого инфекционного агента (бактерии, вируса и др.) или его отдельных компонентов, несущих антигенные свойства и способных вызывать иммунитет к данной инфекции.

Термин «вакцина» происходит от латинского слова vacca — корова, поскольку вначале для предохранения человека от заболевания оспой ему прививалось содержимое оспенных пузырьков больной коровы. Сегодня вакциной называют все, что получают из патогенных микробов и что вызывает образование специфических антител[20] при попадании в организм. Вакцины получают как из самих микроорганизмов, так и из продуктов их жизнедеятельности. Применение вакцин обеспечивает невосприимчивость организма к заражению реальными возбудителями болезни и стимулирует его защитные силы.

Иммунные сыворотки содержат готовые антитела к определенным видам микробов. В отличие от вакцин, их используют не только для профилактики, но и для лечения, поскольку введение антител в зараженный организм способствует быстрому обезвреживанию микробов и их токсинов.

Для получения необходимых для сыворотки антител нарочно инфицируют лошадь. Когда через 10-12 дней ее организм вырабатывает достаточное количество антител, из крови животного получают сыворотку.

Сывороточные препараты, полученные из крови лошади, содержат, помимо необходимых антител, чужеродные для человека белки. Поэтому при их введении у пациента могут возникать аллергические реакции. Чтобы снизить процент осложнений, сыворотку подвергают дополнительной обработке.

В настоящее время широкое применение получили гамма- глобулины, извлекаемые из иммунных сывороток, которые содержат антитела в наибольшей концентрации.

Диагностические сыворотки (диагностикумы) представляют собой взвесь убитых бактерий определенного вида. Например, брюшнотифозный диагностикум — это взвесь убитых бактерий брюшного тифа. Диагностикумы предназначены для качественного и количественного определения соответствующих иммуноглобулинов в сыворотке крови с диагностической целью.

В настоящее время расширяются возможности получения эффективных и безопасных иммунобиологических препаратов с помощью генной инженерии. Она позволяет использовать в качестве источников необходимых веществ не организмы людей и животных, а новые искусственно созданные системы — специально культивированные клетки многоклеточных организмов.

Антитела синтезируются в лимфоцитах. Если «скрестить» лимфоциты с быстро делящейся раковой клеткой, то образуются клетки-гибридомы, имеющие свойства обоих «родителей». Из них можно получать целые популяции генетически одинаковых клеток, которые быстро делятся (как раковые) и вырабатывают определенный вид антител (как лимфоцит). Такой клон позволяет получать любые количества антител определенного вида.

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

Еще по теме Примеры биотехнологических производств:

  1. Введение. история развития производства этанола в россии
  2. ГРАНИ И ГРАНИЦЫ ВОЗМОЖНОСТЕЙ БИОМЕДИЦИНЫ В МОДИФИКАЦИИ ПРИРОДЫ ЧЕЛОВЕКА А.Е. Михайлов
  3. Региональные инновационные системы: географическая единица креативности
  4. Рекомбинация компетенций сообщества как ресурс экономического развития
  5. «Хочу сиять заставить заново ...» - концепция территориальных структур Маергойза в новую эпоху
  6. Сети как постиндустриальная форма территориальной организации
  7. ГЛАВА 11 ФРАНЦИЯ: ЛИПОМ К ЛИПУ
  8. Лекция 29. Понятие о научно-технической революции. Наука как подсистема НТР
  9. Лекция 30. Техника и технология как подсистема НТР
  10. Лекция 31. Производство как подсистема НТР
  11. Лекция 51. Мировое сельское хозяйство
  12. НАУКА КАК СОЦИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
  13. Научная и научно-инновационная деятельность
  14. Определения и классификаторы нанотехнологий
  15. Индикаторы развития институционально-технологической инфраструктуры