Мікроорганізми в біотехнології

    3.3 Вітаміни 
 

    Це  органічні сполуки, які в малих  дозах повинні бути присутніми в  їжі людини і більшості тварин для підтримання нормального  розвитку і життєдіяльності організму. Відкриття вітамінів і їх важливого  значення для профілактики і лікування хвороб , пов’язаних з порушенням харчування, являється одним з найбільш цінних вкладів біохімії в медицину [23].

    Природним джерелом багатьох вітамінів є рослини  і мікроорганізми. В даний час  у виробництві багатьох вітамінів провідні позиції належать хімічному синтезу, проте при виробництві окремих вітамінів мікробний синтез має величезне значення, наприклад при виробництві кормових препаратів вітамінів. Окремі вітаміни, кобаламіни, менахінони продукуються тільки мікробними клітинами [11]. Мікробіологічним шляхом отримують ергостерин, вітамін В ₁₂. Перспективне мікробіологічне отримання біотину, що використовується в раціоні курей та свиней [21]. Також з використанням мікроорганізмів можна отримати вітаміни В₁, В₂, фолієву , пантотенову кислоти та піридоксаль [1]. В промисловому масштабі мікробіологічним шляхом отримують вітаміни В ₁₂, В₂ ,D₂ (опромінені дріжджі). В напіввиробничих умовах випускають β – каротин [21]. 
 

    3.3.1 Продуценти вітамінів 
 

    Препарати вітаміну  В₂ (рибофлавіну) використовують в сільському господарстві для підкормки тварин, тому що при його нестачі спостерігається послаблення окисно – відновних процесів в організмі. Його отримують за допомогою мікробіологічного синтезу [12].

    В якості промислових продуцентів кормового рибофлавіну використовують відселектовані штами дріжджів Eremothecium ashbyii. Рибофлавін накопичується в вакуолях дріжджових клітин і надає культурі характерного жовтого забарвлення [24].

    Розвиток  Eremothecium ashbyii стимулюється додаванням біотину, тиаміну, інозиту, ростових речовин, що містяться в зародку зерен пшениці, картопляному соці і дріжджовому автолізаті [14].  Цей штам продукує до 6000 мкг рибофлавіну на 1 г сухої речовини поживного середовища. Рибофлавін накопичується в клітинах мікроорганізмів або у вигляді  флавінаденіннуклеотиду, або в вільному вигляді.

    Іншими  продуцентами препарату вітаміна В₂ являються культура дріжджів Candida guilliermondia, Clostridium acetobutylicum ,Brevibacterium [4].

    Серед прокаріот властивість синтезувати вітамін В₁₂ широко розповсюджена. Продуценти наведені в таблиця 3.3.1.2 

    Таблиця 3.3.1.2  Утворення вітаміну В₁₂ різними штамами [1]

 
 

    β – каротин і близькі каротиноїди  утворюють головним чином мікроскопічні  гриби та водорослі. До продуцентів  каротиноїдів відносять фототрофні бактерії сімейств Rhodospirillaceae, Chromatiaceae, Chroflexus. Серед гетеротрофних мікроорганізмів активні продуценти каротиноїдів – це  Neurospora crassa, Phycomyses blakesleeanus, Blakeslea trispora, дріжджеподібні гриби роду Rhodotorula, особливо Rh glutinis, ряд актиноміцетів [21].

    Джерелом  ергостерину являються  фітопланктон, бурі та зелені водорості, але особливо багаті на ергостерин дріжджі(Saccharomyces cartsbergensis, S ettipsoideus, Candida utilis  , плісняві гриби, які слугують сировиною для його промислового отримання [1].

    Для отримання ергокальциферолу використовують продуценти ергостерину, тому що при обробці суспензії дріжджів або сухих дріжджів ультрафіолетовим випромінюванням проходить фотохімічне перетворення ергостерину в ергокальциферол [4]. 
 

    3.4 Антибіотики 
 

    Використання  антибіотиків розпочалось ще з ІІ Світової війни.

    З часу відкриття пеніциліну в кінці 1920-х років із різних мікроорганізмів  були виділені більше 6000 антибіотиків різної специфічності і з різним механізмом дії. Їх широке використання для лікування інфекційних захворювань допомогло вберегти мільйони життів [5].

    Антибіотики – специфічні продукти життєдіяльності  чи їх модифікації, що володіють високою  фізіологічною активністю по відношенню до певних груп мікроорганізмів (вірусів, бактерій, актиноміцетів, грибів, водоростей, протозоа чи до злоякісних пухлин, вибірково затримуючи чи повністю подавляючи розвиток [25].

    Механізми пошкоджувальних дій антибіотиків на клітини різні. Окремі антибіотики (пеніцилліни, новобіоцин, цефалоспорин) пригнічують процеси утворення клітинних стінок; інші (стрептоміцин, поліміксини) змінюють проникність мембран; треті (граміцидини) пригнічують окислювальне фосфорилювання; хлорамфеникол подавляє окремі етапи синтезу білка на рибосомах; азасерин і сарколізин - викликають порушення в процесах синтезу нуклеїнових кислот і т. д [11].

    На  теперішній час виробляється досить багато антибіотиків, тому що вони широко застосовуються в різних сферах людської діяльності: медицині, харчовій і консервній промисловості, сільському господарстві [4]. 
 

    3.4.1 Продуценти антибіотиків 
 

    Антибіотичні  речовини в процесі розвитку їх продуцентів  можуть виділятися і накопичуватись в оточуючому середовищі, вони можуть утворюватись у вигляді  летких продуктів  або ж накопичуватись всередині  клітин організму і вивільнятись з них а результаті екстракції або при руйнації клітин. Утворення антибіотиків – це спадково закріплена властивість організму [25].

    До  антибіотиків бактеріального походження належать близько 600 найменувань. Однак  відносно невелика кількість речовин  випускається промислово. Серед них можна назвати граміцидин С, що виробляється Bacillus brevis, поліміксини, продуцентами яких є Bacillus polymyxa, Bacillus circulans, бацитроцини, що синтезуються Bacillus licheniformis, нізини - Streptococcus lactis [1]. Бактерії,що належать до групи протеїв, здатних утворювати антибіотичні речовини, що мають назву бактеріоцини або протесцини. Вони відносяться до типу антибіотиків коліцинів (коліцини – антибіотичні речовини, що продукуються різними штамами Escherichia coli.) [25].

    Широке  коло актиноміцетів продукує антибіотики. Серед них: продуценти стрептоміцину  (Streptomyces griseus), неоміцину (Streptomyces fradiae, Streptomyces albogriseolus), канаміцину (Streptomyces kanamycelicus), гентаміцину (Micromonospora olivoasterospora) ,спорарицину (Saccharopolyspora hisuta) [1]. Широкий спектр антибіотиків продукується актиноміцетами, виділеними із грунту на селективних середовищах :  карміноміцин (Streptomyces filipinensis), еремоміцин (Amycolatopsis eremomycini), рифаміцин  (Actinomadura rifamisini)[26]. Переважаюча більшість антибіотиків була виділена із грампозитивної грунтової бактерії  Streptomyces, яка є основним мікроорганізмом, який використовується для отримання антибіотиків [5].

    Продуцентами  протигрибкових полієнових антибіотиків крім  Bacillus licheniformis, Paecillomyces varioti і Aspergillus fumigatus, являються представниками прокаріотних  міциальних організмів класу Actinomycetes, які відносяться до родів Actinomyces – Streptomyces, Streptoverticillium, Chainia, Actinosporangium, Actinoplanes [27].  
 

    3.4.2 Продуценти пеніциліну та граміцидину 
 

    Першим  антибіотиком, який розпочали виробляти  промисловим шляхом був пеніцилін. Він відноситься до β – лактам них антибіотиків. В останні роки встановлено, що антибіотики цієї групи утворюються не тільки пліснявими грибами, але й деякими видами актиноміцетів і бактерій. Та все ж в якості продуцентів пеніциліну широко використовують штами культури Penicillium chrysogeum [4].

    Можливість широко застосовувати в якості компонентів середовищ різні продукти рослинного походження зумовлена тим, що продуцент пеніциліну Penicillium chrysogenum утворює сильні протеолітичні ферменти [25].

    Penicillium chrysogenum належить до групи аскоміцетів, а саме плектоміцетів. Це гриби , що утворюють клейстотеції. Penicillium ще називають гроновидною пліснявою. Сильнорозгалуджений міцелій плектоміцетів всіяний багато чисельними конідієносцями. При розвитку конідієносця одна з клітин міцелію утворює виріст, який потім перетворюється в вертикальну гіфу [18].

    В результаті великої кількості робіт  було встановлено, що продукувати пеніцилін  здатні багато видів Penicillium(Penicillium brevicompactum, Penicillium nigricans, Penicillium turbatum, Penicillium steskii, Penicillium corylophilum), а також деякі види Aspergillus (Aspergillus flavus, Aspergillus flavipes, Aspergillus janus, Aspergillus nidulans) . Є вказівки на те, що пеніцилін виробляється також термофільним організмом Malbranchia pulchela [25].

    В 1942р. Г.Ф. Гаузе і М.Г. Бражникова виділили із грунту штам Bacillus brevis, який синтезує антибіотик, що був названий граміцидином. Дана культура в процесі розвитку в рідкому поживному середовищі спонтанно дисоціює на ряд форм, що відрізняються морфологією колоній і іншими властивостями при висіванні їх на тверді поживні середовища з дріжджовим екстрактом, та продукують різні антибіотики (таблиця 3.4.2.3) 

    Таблиця 3.4.2.3 Продуценти антибіотики

 

    Продовження таблиці 3.4.2.3

 
 
 

    3.5 Ферменти 
 

    Ферменти - це специфічні каталізатори білкової природи, що виробляються клітинами  і тканинами організмів. Вони здатні у багато разів прискорювати перебіг  хімічних і біохімічних реакцій, не входячи в склад кінцевих продуктів. Практичні застосування ферментів засновані на їх високій каталітичній активності і вищою, в порівнянні з небіологічними каталітичними системами, субстратною специфічністю [28].