Загальна характеристика мікроорганізмів, що використовуються в мікробіологічної промисловості.
Сучасна біотехнологія спирається на досягнення природознавства, техніки, технології, біохімії, мікробіології, молекулярної біології, генетики. Біологічні методи використовуються в боротьбі із забрудненням навколишнього середовища і шкідниками рослинних і тваринних організмів. До досягнень біотехнології можна також віднести застосування іммобілізованих ферментів, отримання синтетичних вакцин, використання клітинної технології в племінну справу.
Широке поширення отримали гібридоми і віднайдені ними моноклональні антитіла, які використовуються в якості діагностичних і лікувальних препаратів.
Бактерії, гриби, водорості, лишайники, віруси, найпростіші в житті людей відіграють значну роль. З давніх часів люди використовували їх в процесах хлібопечення, приготування вина і пива, в різних виробництвах. В даний час у зв'язку з проблемами отримання цінних білкових речовин, підвищення родючості грунтів, очищення навколишнього середовища від забруднювачів, отримання біопрепаратів і іншими цілями і завданнями діапазон вивчення і використання мікроорганізмів значно розширився. Мікроорганізми допомагають людям у виробництві ефективних поживних білкових речовин і біологічного газу. Їх використовують при застосуванні біотехнічних методів очищення повітря і стічних вод, при використанні біологічних методів знищення сільськогосподарських шкідників, при отриманні лікувальних препаратів, при знищенні утильсировини.
Деякі види бактерій використовуються для регенерації цінних метаболітів і ліків, їх використовують з метою вирішення проблем біологічного саморегулювання і біосинтезу, очищення водойм.
Мікроорганізми, і перш за все бактерії, - класичний об'єкт для вирішення спільних питань генетики, біохімії, біофізики, космічної біології. Бактерії широко використовуються при вирішенні багатьох проблем біотехнології.
Мікробіологічні реакції завдяки своїй високій специфічності широко використовуються в процесах хімічних перетворень сполук біологічно активних природних сполук. Відомо близько 20 типів хімічних реакцій, які здійснюються мікроорганізмами. Багато з них (гідроліз, відновлення, окислення, синтез та ін.) З успіхом використовуються у фармацевтичній хімії. При творі цих реакцій застосовуються різні види бактерій, актиноміцетів, дріжджоподібних грибів та інших мікроорганізмів.
Створена біотехнологічна промисловість для отримання антибіотиків, ферментів, інтерферону, органічних кислот та інших метаболітів, продуцентами яких є багато мікроорганізмів.
Деякі гриби пологів Aspergillus і Fusarium (A.flavus, A.ustus, A.oryzae, F.sporotrichiella) здатні гідролізувати серцеві глюкозиди, ксілозіди і рамнозіди, а також глікозиди, що містять в якості кінцевого цукру глюкозу, галактозу або арабинозу. За допомогою A.terreus отримують нікотинову кислоту.
У фармації мікробіологічні трансформації застосовуються з метою отримання фізіологічно більш активних речовин або напівфабрикатів, синтез яких чисто хімічним шляхом досягається з великими труднощами або взагалі неможливий.
Продуцентами біологічно активних речовин є багато найпростіші. Зокрема, найпростіші живуть в рубці жуйних тварин, виробляють фермент целлюлазу, що сприяє розкладанню клітковини (целюлози).
Найпростіші є продуцентами не тільки ферментів, але і гістонів, серотоніну, липополисахаридов, ліпополіпептідоглюканов, амінокислот, метаболітів, що застосовуються в медицині і ветеринарії, харчовій та текстильній промисловості. Вони є одним з об'єктів, що застосовуються в біотехнології.
Класифікація та особливості використання промислових продуцентів
Продукти. Асортимент продуктів, одержуваних у біотехнологічних процесах, надзвичайно широкий. За різноманітністю і обсягами виробництва на першому місці стоять продукти, одержувані в процесах, заснованих на життєдіяльності мікроорганізмів. Ці продукти поділяються на три основні групи: 1-а група - біомаса, яка є цільовим продуктом (білок одноклітинних) або використовується в якості біологічного агента (біометаногенеза, бактеріальне вилуговування металів); 2-я група - первинні метаболіти - це низькомолекулярні сполуки, необхідні для росту мікроорганізмів в якості будівельних блоків макромолекул, коферментів (амінокислоти, вітаміни, органічні кислоти); 3-тя група - вторинні метаболіти (ідіоліти) - це з'єднання, не є необхідною умовою для зростання мікроорганізмів і не пов'язані з їх зростанням (анти- биотики, алкалоїди, гормони росту і токсини). Серед продуктів мікробіологічного синтезу - величезна кількість різних біологічно активних сполук, в тому числі білкових і ле- карственних речовин, ферментів, а також енергоносії (біогаз, спирти) і мінеральні ресурси (метали), засоби для боротьби зі шкідниками сільськогосподарських культур (біоінсектициди) і біодобрива (слайд). У зв'язку з розвитком новітніх методів біотехнології (інженерної ензимології, клітинної та генної інженерії) спектр цільових продуктів безперервно доповнюється. Серед них все більше місце займають засоби діагностики і лікування (гібридоми, моноклональні антитіла, вакцини і сироватки, гормони, модифіковані антибіотики).
Способи отримання промислових штамів.
Методи сучасної селекції продуцентів грунтуються на гені-ному конструюванні in vivo і in vitro. Генетичне конструювання in vivo: дозволяє отримати і виділити мутанти, використовуючи різні способи обміну генетичною інформацією між живими мікробними клітинами.
Генетичне конструювання in vitro: засновано на введенні індивідуальних фрагментів ДНК в живу клітину з отриманням рекомбінантних генетичних структур із заданими властивостями Стратегія селекційної роботи з мікроорганізмами полягає в пошуку природних форм, які володіють будь-якими корисними для людини властивостями (синтез цінних сполук, висока швидкість росту , здатність до засвоєння дешевих і доступних субстратів і т. д.), а так- ж надалі їх поліпшенні, створенні на їх основі промислових штамів. Це завдання вирішується зазвичай шляхом зміни регуляції метаболічної активності клітини. Сучасні тенденції розвитку селекції продуцентів - конструювання-вання промислових штамів із заданими властивостями з використан-ням новітніх досягнень фундаментальних галузей біології в поєднанні з прийомами класичної селекції.
Накопичення бажаних мікроорганізмів відбувається за рахунок створення елективних умов культивування, сприятливих для даної групи. Для цього потрібно враховувати фізіолого-біохімічні особливості виділеної культури. Виборчого пригнічення росту певних груп мікроорганізмів можна досягти внесенням в середу антибіотиків.
Наприклад, для отримання накопичувальної культури азотфіксуючих мікроорганізмів слід приготувати середу без пов'язаних форм азоту. Для уповільнення розвитку грампозитивних бактерій можна додати пеніцилін. Отримання накопичувальних культур є основний етап процесу, який дозволяє отримати чисті культури. Воно також дає можливість оцінити різні впливу факторів навколишнього середовища на змішану мікробну популяцію, завдяки яким може від-ходити відбір мікроорганізмів, здатних взаємодіяти з спеці-фическими субстратами або добре рости в незвичайних умовах.
Виділення чистої культури даного мікроорганізму буде успішний-ним, якщо він присутній в змішаній популяції в досить висо-кою концентрації. Як правило, накопичувальні культури отримують в закритих систе-мах, т. Е. Мікроорганізми вирощують в звичайних періодичних (ста-стаціонарної) умовах на чашках Петрі, в колбах або пробірках, де в середовищі культивування концентрація поживних речовин і продуктів метаболізму постійно змінюється в процесі росту клітин. Для напів-чення накопичувальних культур використовуються також відкриті хемостатного системи, що дозволяють контролювати концентрацію поживних речовин, що лімітують ріст клітин, що, в свою чергу, може изби рательно впливати на швидкість росту різних організмів в змішаній культурі, в результаті чого якийсь мікроорганізм починає кількісних-венно переважати. Для виділення мікроорганізмів у вигляді чистих культур відомо порівняно мало методів. Найчастіше використовують спосіб ізольовани-ня окремих клітин на твердому живильному середовищі, застосовуючи при цьому метод посіву штрихом або розливу по чашках невеликої кількості рідкої культури (метод граничних розведень).