Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, пром. способ получения хим. соед. и продуктов (напр., дрожжей кормовых), осуществляемый благодаря жизнедеятельности микробных клеток. Иногда к микробиологическому синтезу относят также пром. процессы, основанные на использовании иммобилизованных клеток (см. Инженерная энзимология).

Нек-рые продукты микробиологического синтеза, напр. пекарские дрожжи, давно использовались человеком, однако широкое применение микробиологического синтеза началось в 40-50-х гг. 20 в. в связи с освоением произ-ва пенициллина. К этому же времени относится возникновение новой отрасли народного хозяйства - микро-биол. пром-сти.

В микробиологическом синтезе сложные в-ва образуются из более простых в результате функционирования ферментных систем микробной клетки. Этим он отличается от брожения, в результате к-рого также образуются разл. продукты обмена в-в микроорганизмов (спирты, орг. к-ты и др.), но преим. в результате ферментативного распада орг. в-в.

Микробиологический синтез использует способность нек-рых организмов размножаться с большой скоростью (выделены бактерии и дрожжи, биомасса к-рых увеличивается в 500 раз быстрее, чем у самых урожайных с.-х. культур) и к "сверхсинтезу" - избыточному образованию продуктов обмена в-в (аминокислот, витаминов и др.), превышающему потребности микробной клетки. Такие микроорганизмы выделяют из прир. источников или получают их мутантные штаммы (напр., мутантные штаммы плесневых грибов продуцируют пенициллин в 100-150 раз быстрее, чем природные). В качестве продуцентов находят применение культуры, полученные методами генетич. инженерии, в к-рых функционирует чужеродный для них ген, напр.: в бактерии кишечной палочки (Escherichia соli)-ген гормона роста человека.

Для микробиологического синтеза орг. соед. в качестве сырья применяют наиб. дешевые источники азота (напр., нитраты или соли аммония) и углерода (напр., углеводы, орг. к-ты, спирты, жиры, углеводороды, в т.ч. газообразные). Микробиологический синтез включает ряд последоват. стадий. Главные из них-подготовка необходимой культуры микроорганизма-продуцента, выращивание продуцента, культивирование продуцента в заданных условиях, в ходе к-рого и осуществляется микробиологический синтез (эту стадию часто наз. ферментацией), фильтрация и отделение биомассы, выделение и очистка требуемого продукта (если это необходимо), сушка.

Ферментацию проводят в спец. реакторах (ферментерах), снабженных устройствами для перемешивания среды и подачи стерильного воздуха. Управление процессом может осуществляться с помощью ЭВМ. Наиб. удобно ферментацию осуществлять непрерывным способом-при постоянной подаче питат. среды и выводе продуктов микробиологического синтеза. Так производят, напр., кормовые дрожжи. Однако большинство метаболитов получают периодич. способом-с выводом продукта в конце процесса.

Для выделения и очистки в-в, получаемых с использованием микробиологического синтеза, используют экстракцию из водной фазы орг. р-рителями при разл. значениях рН, хроматографич. методы (в т.ч. ионообменную хроматографию), кристаллизацию,

осаждение. При выделении продуктов белковой природы (ферменты, токсины) предварительно осаждают белки сульфатом аммония или орг. р-рителями. Мн. операции по выделению проводят на холоду вследствие нестабильности нек-рых продуктов обмена в-в.

Ниже приведены наиб. важные продукты микробиологического синтеза.

А н т и б и о т и к и. Большинство антибиотиков накапливается вне клеток микроорганизма-продуцента, к-рыми в осн. являются актиномицеты, нек-рые грибы и бактерии (гл. обр. их мутантные формы). Антибиотики, употребляемые преим. в медицине, подвергаются высокой степени очистки. Антибиотики для лечения с.-х. животных имеют специфич. активность относительно наиб. распространенных для них заболеваний, напр. гельминтозов, кокцидиозов и др. Для добавки в корма обычно выпускают концентрат среды после выращивания в ней продуцента, иногда вместе с биомассой, содержащей значит. кол-во др. продуктов обмена в-в продуцента, в т.ч. витамины, аминокислоты, нуклеотиды и др.

А м и н о к и с л о т ы. Существ. преимущество микробиологического синтеза аминокислот - возможность их получения в виде прир. изомеров (L-форм). Продуцентами аминокислот служат гл. обр. мутанты, лишенные ряда ферментных систем, благодаря чему происходит сверхсинтез необходимого продукта. Обычно используют бактерии, относящиеся к роду Brevibacterium. Наиб. уд. вес среди аминокислот, вырабатываемых мировой пром-стью, занимают лизин и глутаминовая к-та. Получены мутанты микроорганизмов, способные к сверхсинтезу всех кодируемых аминокислот.

Н у к л е о з и д ф о с ф а т ы. Развитие микробиологического синтеза нуклеотидов (ино-зиновой, гуаниловой и др. к-т) связано с перспективами получения искусств. пищи, где их используют в качестве вкусовых добавок. При введении в состав среды для культивирования микроорганизмов метаболич. предшественников продуктов синтеза можно получать практически все известные нуклеозидфосфаты, в т.ч. АТФ. Накопление ну-клеозидфосфатов происходит преим. вне клеток микроорганизмов.

В и т а м и н ы, п р о в и т а м и н ы, к о ф е р м е н т ы. Методом микробиологического синтеза производят в осн. витамин В12 и его коферментную форму. Продуцентами в этом процессе служат пропионо-вокислые бактерии. Для получения кормовых концентратов, содержащих витамин В12, на отходах бродильной пром-сти (послеспиртовые, ацетоно-бутиловые барды и др.) применяют комплекс метанообразующих бактерий. Разработаны способы получения витамина В2, р-каротина и дрожжей, обогащенных эргостеринами. При использовании соответствующих метаболич. предшественников возможен также микробиологический синтез никотинамидных коферментов, напр. никотинамидаде-ниндинуклеотида.

А л к а л о и д ы. Грибы рода спорыньи (Claviceps)-продуценты эргоалкалоидов, в основе строения молекул к-рых лежит гетероцикл эрголин. Нек-рые из этих алкалоидов (напр., эргометрин и эрготамин) используют как маточные ср-ва. Описаны также многочисл. продуценты др. алкалоидов.

Г и б б е р е л л и н ы. Их микробиологический синтез осуществляют при культивировании грибов, относящихся к классу аскомицетов (As-comycetes), напр. Gibberella fujikuroi. Выделяют гибберел-лины из фильтрата культуральной жидкости. По хим. природе все они являются теграциклич. карбоновыми к-тами, относящимися к дитерпенам.

Ф е р м е н т ы. Продуцентами ферментов служат многочисл. представители микроскопич. грибов, нек-рые актиномицеты и др. бактерии. Технология получения ферментных препаратов упрощается, если фермент продуцируется в питат. среду. При выделении внутриклеточных ферментов необходимо предварительно разрушить клетки микроорганизмов. Для исследоват. работ, аналит. целей и т. п. обычно получают ферменты в виде гомогенных (индивидуальных) белков. При пром. переработке с.-х. сырья в пищ. пром-сти иногда применяют комплексные ферментные препараты. Так, при переработке растит. сырья ферментный комплекс должен содержать целлюлазы, гемицеллюлазы, пектиназы, протеазы и нек-рые др. ферменты. Один из важнейших ферментов, получаемый с помощью микробиологического синтеза,-глюкоизомера-за, катализирующая изомеризацию глюкозы во фруктозу. Образующийся глюкозо-фруктозный сироп используют в пищ. пром-сти вместо сахарозы.

Б е л к о в о-в и т а м и н н ы е п р е п а р а т ы. Особое внимание как источник белка привлекает микробная биомасса.

Производство такой биомассы на дешевом сырье рассматривают как одно из ср-в устранения растущего белкового дефицита в питании животных. Наиб. интенсивное развитие получили пром. методы микробиологического синтеза кормовых дрожжей, применяемых в виде сухой биомассы как источник белка и витаминов в животноводстве. Для выращивания кормовых дрожжей используют углеводороды, гидролизаты разл. отходов деревообрабатывающей пром-сти, непищевых растит. материалов (подсолнечная лузга, стержни кукурузных початков и т.п.), сульфитные щелока, разл. виды барды и т. д. Дрожжи, к-рые используют для получения белково-витаминных препаратов из углеводородов, обладают специфич. ферментными системами, позволяющими осуществлять акт первичного окисления углеводородов и затем ассимилировать их, накапливая значит. биомассу. Кроме жидких углеводородов в качестве ассимилируемых компонентов среды м. б. использованы газы (напр., метан), пропускаемые в среду, содержащую минер. компоненты, в к-рой происходит размножение клеток метанокисляющих микроорганизмов. Для получения кормовых микробных препаратов в качестве компонентов среды м. б. также использованы этанол, метанол, уксусная к-та. Культивирование дрожжей на углеводородах требует высокой культуры произ-ва. В частности, необходима надежная герметизация аппаратуры, исключающая вынос микробных клеток в окружающую среду.

К числу продуктов микробиологического синтеза относятся также нек-рые ср-ва защиты растений, напр. бактериальные энтомопатогенные препараты, вызывающие гибель вредных насекомых и предотвращающие их массовое размножение, и мн. бактериальные удобрения.

Частный случай микробиологического синтеза-микробиол. трансформация орг. соединений. Она осуществляется благодаря высокой активности специфич. ферментных систем микроорганизмов, к-рые катализируют превращ. в-ва без изменения его осн. структуры. Наиб. изучена трансформация стероидных соед., напр. их дегидрирование, деацетилирование и гидроксили-рование в строго определенных положениях. Благодаря широкой возможности подбора микроорганизмов (носителей специфич. ферментных систем) метод микробиол. трансформации получает все большее распространение.


===
Исп. литература для статьи «МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ»: Безбородое А. М., Биохимические основы микробиологического синтеза, М., 1984; Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии, под ред. Г.К. Скрябина, М., 1984. A.M. Безбородое.

Страница «МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн