Мікроорганізми в біотехнології

    Джерелом  ферментів служать рослинні і  тваринні тканини, мікроорганізми. Хімічний синтез ферментів в промислових масштабах дуже складний, дорогий і економічно недоцільний. Мікробіологічний метод отримання ферментів - найбільш перспективний. Його переваги заключаются в наступному: 1) багатство асортименту ферментів, синтезовагих мікроорганізмами, 2) можливість управління ферментативними системами і складом вироблюваних препаратів, 3) високі швидкості розмноження мікроорганізмів і можливість використання різних, в тому числі доступних і недорогих субстратів [4]. Ферменти в мікробних клітинах можуть мати як внутрішньоклітинну локалізацію, так і виділятися в оточуюче середовище. Останні доступніші для препаративного отримання, тому в промислових масштабах отримують головним чином позаклітинні ферменти. З описаних до теперішнього часу більше 2000 ферментів практичне значення мають близько 50 [1].

    Деякі ферменти, що містяться в природних  рослинних матеріалах, здавна використовувалися для отримання пива, спиртних напоїв, виробництва хліба і кисломолочних продуктів. Практика, заснована на досвіді людей, набагато випередила отримання знань і розробку наукових основ для створення технологічних процесів [11]. Ферменти настільки широко увійшли до нашого життя і настільки широко застосовуються в різних промислових галузях, що уявити без них наше існування неможливо. Промислове отримання і застосування ферментв в різних технологічних процесах складає на сьогоднішній час один з найважливіших розділів новітньої біотехнології [4].  
 

    3.5.1 Продуценти ферментів 
 

    Мікроорганізми, що використовуються в промисловому синтезі ферментів наведені в таблиця 3.5.1.4 

    Табл. 3.5.1.4 Мікроорганізми, які найчастіше використовуються для отримання деяких ферментів, що випускаються промисловістю

    Продовження таблиці 3.5.1.4

 
 
 

    3.6 Ліпіди 
 

    Ліпіди  представляють собою групу сполук, володіючих однаковими фізико – хімічними  властивостями,  зокрема обмеженою  розчинністю у воді і полярних розчинниках з високою розчинністю  у неполярних розчинниках [29].

    До 20- х років нашого століття ліпіди вважалися тільки запасним матеріалом який можливо без усякої шкоди для організму замінити іншими, рівними по калорійності речовинами. Перші докази того, що ліпіди містять фізіологічно необхідні для вищих організмів сполуки, отримано в 1926 р. дещо пізніше було встановлено, що цими сполуками є полі ненасичені жирні кислоти – фізіологічно необхідні для більшості живих організмів [1,30]. 

    В промисловості в якості продуцентів  для отримання ліпідів можуть використовуватись представники ,що по ряду при знаків відносяться до групи “жирових дріжджів”. Жировими чи ліпідними називаються дріжджі, що здатні в нормальних умовах росту синтезувати до 40% ліпідів [8].

    У типового представника дріжджів  - Cryptococcus terricolus обмінні процеси направлені на переважаючий синтез ліпідів. Для більшості інших дріжджів такий тип обміну зовсім незвичайний [1].

    До  ліпідоутворюючих дріжджів також належать деякі представники родів Lipomyces, Rhodotorula, Sporobolomyces i Trichosporon (Lipomyces starkeyi, Lipomyces lipoferus, Rhodotorula gracilis, Sporobolomyces roseus, Trichosporon pullulans). Всі ці дріжджі можуть продукувати значну кількість ліпідів. Однак на відміну від  Cryptococcus terricolus їхнє ліпідоутворення суттєво залежить від умов культивування. Спіним для перелічених мікроорганізмів являється строго аеробний метаболізм і неможливість росту в результаті бродіння [11].

    Наявність в дріжджових ліпідах значної  кількості ненасичених жирних кислот надає їм схожість до рослинних жирів. По співвідношенню основних жирних кислот ліпіди Sporobolomyces roseus достатньо близькі такому “екзотичному жиру” , як пальмова олія, і можуть бути її замінником. Близькі дріжджові ліпіди рослинним оліям і по багатьом фізико – хімічних показниках. Так , йодне число, характеризуючи степінь не насиченості жиру ліпідів Lipomyces lipoferus , близьке до 60, показник переломлення 1,467, температура застигання близько 18⁰ С [5].

    Крім  дріжджів як продуценти ліпідів можуть розглядатися міциальні гриби і  мікроформи водоростей. Відомий інтерес (як джерело специфічних жирних кислот, полі - β – гідроксибутирату, фосфоліпідів і восків) представляють бактеріальні продуценти [1]. 
 

    3.7 Полісахариди 
 

    Полісахариди, або глікани – полімери, побудовані не менше ніж із 11 моносахаридних одиниць. Вони можуть складатися із одного або декількох типів моносахарів, є обов’язковими компонентами всіх організмів, складають більшу частину вуглеводів, що зустрічаються в природі [4].

    Особливим різноманіттям відрізняються полісахариди мікроорганізмів. Деякі з них  ідентичні полісахаридам рослин і тварин [6].

    Полісахариди  цитоплазми та мембранних структур виділили з багатьох прокаріот них та еукаріот них організмів: представників різних родів бактерій Agrobacterium, Arthrobacter, Bacillus, Clostridium, Escherichia, Mycobacterium, Nostos, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Streptococcus, а також дріжджів, міциальних грибів, війчастих і джгутикових простіших, деяких водоростей. Крім глікогеноподібних полісахаридів в цитоплазмі ряду мікроорганізмів знайдені крохмаль, манани, левани, арабани і ксилани. Гетеро полісахариди виявляють в цитоплазмі рідше. Однак у представників Mycobacterium, Streptomyces вона виявляються переважаючими [1,4,14].

    Полісахариди  клітинної стінки виділяють із мікроорганізмів  родів: Streptomyces, Pasteurella, Shigella.

    Позаклітинну целюлозу синтезують деякі представники родів Pseudomonas, Zooglea, Azotobacter, подавляючи числовидів Azotobacter і Agrobacterium [10].

    В промисловості синтезують комплексні полісахариди, так продуцентом етаполану  – комплексного екзополісахариду , являється Acinetobacter sp. B – 7005 [7]. 
 

    3.8 Мікробний білок 
 

    Технологія  отримання мікробного білка є  в даний час самою великотоннажною  галуззю біотехнології, що виробляє найважливіші кормові препарати  і білкові добавки для тваринництва, птахівництва, рибництва, а також білок харчового призначення з використанням різноманітної сировини і субстратів [1].

    Ідею  використання біомаси мікроорганізмів  як білкових компонентів харчуванняння  з 1890 р. почав пропагувати Дельбрюк, який разом з колегами розробив перший технологічний процес вирощування пивних дріжджів Saccharomyces cerevisiae на мелясі. Отриману дріжджову біомасу рекомендували використовувати в якості білкової добавки в харчові продукти [11].

    В даний час в мікробіологічних виробництвах білка використовується різна цукровмісна сировина. Це відходи харчової, молочної, спиртної, цукрової і целюлозної промисловості і продукти переробки рослинної сировини (деревини, соломи, торфу) [5].

    Найбільше використовуються в промисловості  види дріжджів роду Candida: Candida utilis, Candida scottii, Candida tropicalis [1].

    Серед нових джерел сировини великий інтерес  представляють так звані поновлювані  ресурси вуглеводів, що отримуються  з лігнін-целюлозних матеріалів. Мікробні клітини(дріжджі, бактерії, гриби білої гнилизни) в процесі зростання розкладають целюлозу і збагачують отримуваний білковий продукт амінокислотами [11].

    Коло таких продуцентів розширюється за рахунок швидкорослих представників не тільки дріжджів, але і грибів і бактерій, наприклад родів Trichoderma, Cellulomonas, Aspergillus і Alcaligenes, що володіють в порівнянні з дріжджами вищими швидкостями росту і кращим набором амінокислот [4].

    Високоочищеним  субстратом для отримання мікробного білка харчового призначення є етанол. Найбільш продуктивні промислові штами дріжджів (Candida utilis, Hancenula anomala) забезпечують отримання білкового продукту харчового призначення із вмістом білка до 60 % [5].

    Продуцентами  мікробного білка на метані є бактерії родів Methylococcus, Pseudomonas, Mycobacterium, Methanomonas, які утилізують метан як джерело вуглецю і енергії. Ефективним білковим продуктом виявилися ціанобактерії роду Spirulina, що ростуть в природних умовах і здатні фіксувати атмосферний азот [1].

    У Ізраїлі поблизу м. Хайфа на болотах площею 12 000 м2 вирощують водоросль Spirulina platensis для кормових і харчових цілей. Генетичне удосконалення даних штамів Spirulina може істотно підвищити їх врожайність [5].  
 

    3.9 Інші синтетичні речовини, отримані  на основі мікроорганізмів 
 

    Каротиноїди – найбільш багаточмсельна і шароко розповсюджена група природних пігментів. Їх утворюють вищі рослини, водірості, фототрофні бактерії і ряд хемотрофних бактерій [31]. Крім  того каротиноїди синтезують деякі міціліальні гриби та дріжджі.

    Продуцентами  каротиноїдів серед водоростей є Spongiococcus excentricum, Chlorella sp. Серед хемотрофів для отримання каротиноїдів використовують дріжджі Rhodotorula gracilis, Rhodotorula rubra, а також актиноміцети Actinomyces chrysomallus, мікобактерії Mycobacterium phlei, Mycobacterium carotenum [1].

    Продуцентами  β – каротину, що широко використовуються для отримання цього пігменту, являються гетероталлічні мукорові гриби: Blakeslea trispora і Choanephora conjunata [4].

    Гібберелліни група фізіологічноактивнихсполук – регуляторів росту рослин, гормональної природи [31].

    Промислове  отимання гіббереллінів здійснюється при культивуванні грибів, що відносяться  до аскоміцетів Gibberella fujikuri (в конідіальній стадії - Fusarium moniliforme) [1].

    Алкалоїди  - група азотвміщуючих речовин, що володіють вираженою фізіологічною дією на організм людини [31].

    Основними продуцентами алкалоїдів е мікроорганізми роду Clavicers. Продуцентами індольних алкалоїдів є гриби, що відносяться до родів Aspergillus, Penicillium [1]

    Вакцини. Препарати, що сприяють утворенню активного імунітету у людей та тварин. Їх отримують використовуючи як самі патогенні мікроорганізми, так і продукти їхньої життєдіяльності.

    Для виготовлення черевнотифозної вакцини використовують штами бактерій, збудників черевного тифу, одним з них являється Salmonella typhi 4446 [11].

    Одним з прикладів виготовлення вакцинних  препаратів із екзопродуктів бактерій являється виробництво правцевого анатоксину, збудником якого є Clostridium tetani [1].