Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
Примечания
Посмотрите примечания 3 и 4 в конце описания эксперимента 12.1.
БОТАНИКА
12.10. Крупномасштабное производство
В предыдущих разделах вы уже познакомились с некоторыми приемами работы с микроорганизмами и имели возможность испробовать эти приемы на опыте. При переходе от масштаба лаборатории к промышленному масштабу биотехнологи должны решать множество проблем, касающихся в различных отраслей науки, включая биоинженерию, химию и биологию. При принятии решений в сфере промышленного производства бактерий важно учитывать как экономические, социальные, так и этические аспекты. В данном разделе мы коснемся некоторых практических сторон крупномасштабного производства, а в последующих разделах рассмотрим конкретные примеры микробиологического производства и связанные с ним проблемы.
Использование микроорганизмов в промышленном производстве возможно по следующим причинам:
1) микроорганизмы имеют простые питательные потребности;
2) в ферментерах (больших сосудах, в которых растут микроорганизмы) можно
ММА им. И.М. Сеченова
очень точно контролировать условия роста;
3) микроорганизмы отличаются высокими скоростями роста;
4) реакции можно проводить при более низких температурах, чем на обычных химических заводах; соответственно уменьшается плата за энергию;
5) микроорганизмы обеспечивают более высокий выход продукта и более высокую его специфичность, чем обычное химическое производство;
6) можно использовать и производить широкий спектр химических соединений;
7) можно производить некоторые сложные химические соединения, такие как гормоны и антибиотики, которые трудно получить другими методами, а также специфические изомеры (такие как L-аминокис-лоты);
8) генетика микроорганизмов относительно проста, и методы генетических манипуляций с ними постоянно развиваются.
Однако необходимость применения особых методов, таких как методы стерилизации и сложные методы разделения, может повлечь за собой существенное повышение технических требований к процессу.
12.10.1. Обзор
На диаграмме, представленной рис. 12.13, приведены некоторые из ключевых этапов, типичных для биотехнологического процесса.
12.10.2. Скрининг
Мы знаем, что для микроорганизмов характерно огромное разнообразие химических реакций, которые они могут осуществлять, и продуктов, которые они образуют. Однако лишь небольшая часть их потенциала используется в промышленном производстве. Коммерческими компаниями, в особенности производящими лекарственные препараты, ведется постоянный поиск микроорганизмов, которые могут оказаться полезными. В надежде открыть но-
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
62_Глава 12__
12.9.3. Практическая работа с грибами
При работе с низшими грибами в большинстве случаев применяются такие же стандартные микробиологические приемы, что и при работе с бактериями. Многие сапрофитные грибы, как и бактерии, можно выращивать на питательном агаре, а если нужна чистая культура грибов, то следует воспользоваться приемами работы в стерильных условиях, описанными в разд. 12,3 и 12.4. Таким образом обычно выращивают Mucor, Rhizopus и Penicillium. Из сред лучше всего подходит 2%-ный солодовый агар, разлитый по чашкам Петри. Можно выделить отдельный вид из смешанной культуры, которая выросла сама по себе на каком-либо субстрате, например на хлебе, фруктах или других влажных продуктах. Споры переносят в культу-ральную среду с помощью стерильной препаровальной иглы. Культуру лучше всего рассматривать в стереоскопическом микроскопе при малом увеличении.
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
Микробиология и биотехнология
63
Скрининг -
Выбор нужного микроорганизма или биологической системы
поиск лучшего для данной работы микроорганизма
<2.
Применение генной инженерии
для модификации микроорганизма
Увеличение
масштаба
производства
Лабораторный масштаб I Опытная установка]
Среда
Питательные вещества + источник энергии
Ферментация
(периодическая или
непрерывная
в стерильных условиях)
. ж-'.
ФериШтер
ь/Воздух
(кислородм
Избыток тепла
Контроль процесса
(контроль и
регулирование
условий,
таких как pH,
температура,
питательные
вещества)
Разделение
(например, фильтрация, центрифугирование)
Последующая обработка
Клетки
(биомасса)
Жидкость!
Разрушение Ч
Выделение] и очистка продукта
Распространение
Название, упаковка, хранение, продажа
Рис. 12.13. Схема биотехнологического процесса.
вые коммерчески важные продукты или более эффективные способы получения имеющихся продуктов собирают и культивируют микроорганизмы со всего света, из самых разных мест обитания. Очень часто это чисто эмпирическая работа в том смысле, что существенную роль в любом открытии играет случай. Проверка мик-
роорганизмов таким путем называется скринингом. Хороший пример — это постоянный скрининг, который проводится с целью обнаружения новых антибиотиков. Первый антибиотик был открыт в 1928 г. Александром Флемингом и назван пенициллином по названию гриба Penicillium, который его вырабатывает. Природные антибиотики — это химические вещества, синтезируемые микроорганизмами и убивающие другие микроорганизмы или подавляющие их рост. Начиная с 1928 г. из микроорганизмов было выделено более 5000 различных антибиотиков, включая ряд различных пенициллинов, слегка различающихся по структуре и активности. Большинство из обнаруженных антибиотиков непригодно для медицинских целей, главным образом из-за их высокой токсичности. Однако представители рода Streptomyces оказались чрезвычайно богатым источником различных антибиотиков, включая стрептомицин.
