Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
металлов еще предстоит поработать. Недавно было показано, что уран может
сорбироваться из морской воды или из растворов водорослями, дрожжами или
Pseudomonas. Pseudomonas накапливает уран в цитоплазме (рис. 5.10), а для
Saccharomyces характерно поверхностное
214
Глава 5
Рис. 5.8. Поглощение кобальта дрожжами и бациллами из 0,002 М PIPES.
(Norris, Kelly, 1977; Norris, Kelly, 1979.) 1 -Saccharomyces cerevisiae,
2 - Bacillus megaterium, 3 - кобальт, удерживаемый В. megaterium после
промывки 1 мМ ЭДТА.
связывание (рис. 5.11). Этот связанный уран легко удаляется,, и дрожжи
можно использовать повторно. Потенциальные возможности развития
технологии экстракции определяются многими факторами. 1. Специфичность
связывания должна быть достаточной для удаления определенного металла или
смеси металлов из разбавленного раствора. 2. Специфичность
биоаккумулятора по отношению к металлу должна быть эквивалентной таковой
для физико-химических методов (ионный обмен, экстракция растворителями и
т. п.). 3. Биоаккумулятор должен обладать способностью к извлечению из
среды больших количеств металла. 4. Чтобы процесс был экономически:
Материалы и биотехнология
215
Со2+
2Н*
Со2*
Мд2+
Со2+
2К+
Рис. 5.9. Схематическое изображение ионного равновесия, поддерживаемого
микроорганизмами, которые накапливают металлы внутри клетки.
выгоден, стоимость извлекаемых металлов должна быть эквивалентна затратам
на получение и, возможно, повторное использование микроорганизмов (или
превышать их). 5. Другие вещества окружающей среды не должны оказывать
вредного воздействия на биоаккумуляторы.
Широкое разнообразие микробных систем и возможность ¦существенного
изменения микроорганизмов генетическими методами позволяют надеяться на
создание биотехнологии, отвечающей всем этим требованиям. Однако к
спекуляциям по поводу разработки такой технологии следует относиться с
осторожностью. Дело в том, что извлечение металлов с помощью
микробиологических процессов подчиняется тем же химическим законам, что и
получение их обычными физическими и химическими методами. По мере
изучения способности микро-
216
Глава 5
Рис. 5.10. Электронная микрофотография Pseudomonas aeruginosa,
демонстрирующая внутриклеточное накопление урана (увеличение 27 000).
Фотография, любезно предоставлена Дж. У. Стрэндбергом (G. W. Strandberg,
Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN).
организмов к накоплению металлов может обнаружиться, что микробные
системы способны служить лишь моделями для разработки технологий
искусственного извлечения металлов.
5.4. Биополимеры
5.4.1. Введение
Термин "биополимеры" относится ко многим высокомолекулярным соединениям
(например, к нуклеиновым кислотам, полисахаридам и липидам),
синтезируемым самыми разными организмами. В этом разделе мы особенно
подробно рассмотрим образование микроорганизмами полисахаридов и поли-3-
гидрокси-бутирата. Эти биополимеры часто синтезируются в ответ на
Материалы и биотехнология
217
Рис. 5.11. Электронная микрофотография Saccharomyces cerevisiae
NRRLY2574, демонстрирующая накопление урана на поверхности клеток
(увеличение 35 ООО). Фотография любезно предоставлена Дж. У. Стрэндбергом
(G. W. Strand-berg, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN).
специфические условия среды в тех случаях, когда соединения углерода не
являются фактором, лимитирующим рост, и, следовательно, могут служить
резервным источником углерода и/или .энергии (разд. 5.4.7).
¦5.4.2. Полисахариды
Полисахариды служат источником энергии и структурными компонентами
клеточных стенок и внеклеточных капсул. Многие из этих полимеров, имеющие
коммерческую ценность как промышленные клеи, были получены из
растительных тканей (экстракты семян и морских водорослей, древесные
экссудаты и т. п.). Способность таких полисахаридов изменять
реологические свойства воды, вызывая образование геля и влияя на
218
Глава 5
свойства водных растворов в потоке, привели к их широкому промышленному
использованию в самых различных ситуациях. Полисахаридные гидроколлоиды
часто применяются в пищевой,, фармацевтической, парфюмерно-косметической,
нефтяной, бумажной и текстильной промышленности. Например, из красных,
водорослей производят в промышленных масштабах карраге-нан и агар, а из
бурых - альгинаты. Однако получение полисахаридов из растений и
водорослей обладает своими недостатками.
1. Химический состав полисахаридов зависит от метаболических потребностей
синтезирующих их организмов, связанных, в свою, очередь с изменениями
внешних условий (например, сезонные изменения, разные циклы развития
растений, время их сбора и т. д.). Поэтому при производстве сырья
невозможно, обеспечить контроль за его качеством.
2. При переработке происходят изменение и разрушение продукта, поскольку
такая переработка нередко включает грубые воздействия (щелочная
экстракция, приводящая к р-эли-минации и разрушению; выщелачивание
горячей водой; отбеливание). При этом конечный продукт может приобрести
