Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Водородные бактерии по основному метаболизму не отличаются от других аэробных бактерий. Так, фосфоглицериновая кислота и аминокислоты — глутаминовая, аспарагиновая, аланин,— появляющиеся среди ранних продуктов фиксации углекислоты, служат исходными соединениями для синтеза остальных аминокислот. Липидные соединения образуются в результате превращений жирных кислот. Эти микроорганизмы в качестве запасных внутриклеточных компонентов накапливают поли-|3-оксимасляную кислоту (ПОМК) и полифосфаты. Основные метаболические системы (катаболизм, ассимиляция С02, синтез ПОМК и др.) в настоящее время хорошо изучены [Schlegel е. а., 1970; Савельева и др., 1971; Заварзин, 1972, 1978; Заварзин и др., 1973; Романова, 1975].
При промышленном выращивании рабочий штамм должен: иметь высокую удельную скорость роста; использовать субстрат с максимальной эффективностью; быть термофильным для снижения затрат на охлаждение культуры; быть ацидофильным для повышения устойчивости к заражению посторонней микрофлорой; обладать способностью к флотации или флокуляции для облегчения выделения мелких микробных тел из питатель^-ной среды; быть устойчивым к фаголизису и другим ли-зирующим факторам; не иметь патогенности и токсичности; обладать благоприятными биохимическими показателями и высокой биологической ценностью; соответствовать качествам, определяемым спецификой технологии выращивания, например, устойчивостью к газовым загрязнениям, механическим нагрузкам, давлению и т. д.
Этот список можно было бы продолжить, и, очевидно, в природе не существует штамма, обладающего всеми желаемыми качествами.
Отбор по первому требованию сразу резко суживает круг претендентов. В настоящее время известны лишь несколько
11
быстро растущих штаммов, принадлежащих к виду Alcaligenes eutrophus, выделенному в 1957 г. [Wittenberger, Repaske, 1961], и одиночные представители других видов: из них два термофильных — Ps. thermophilia [Gee е. а., 1967; Красиля и др., 1973] — и один слабо ацидофильный штамм 9-5 [Kodamae. а., 1975]. Ацидофильны и грамположительные микробактерии, но они медленно растут под водородом.
Свойство флотируемости просмотрено лишь у двух штаммов — A. eutrophus Z-l, Ps. pantotropha К-1 [Карлина и др., 1976] — и показана принципиальная реализуемость процесса флотации для этих видов.
Известно, что водородным бактериям часто сопутствуют ми-ксобактерии, выделяющие лизирующие экзоферменты. Наиболее часто инфицируются медленно растущие штаммы. На быстро растущей проточной культуре A. eutrophus лизис миксобактериями не наблюдался. То же самое можно сказать и по поводу фаголизиса. Хотя выделены фаги Н-16 и Н-20, специфичные для бактерий вида A. eutrophus [Хавина и др., 1968], при длительном культивировании этого штамма на протоке фактов фаголизиса не наблюдалось, так же как и признаков патогенности для человека.
Биохимические, токсикологические и пищевые испытания проводятся в настоящее время только с отдельными штаммами (Z-1 — в СССР и Н-20 — за рубежом).
Для приобретения штаммами отдельных полезных признаков требуется селекция. Проведена работа по получению мутантов A. eutrophus, не накапливающих поли- р-о кси м ас л яну н> кислоту [Schlegel е. а., 1970, 1971]. В производственных условиях критерии оптимизации могут быть различны, и в зависимости от этого преимущество отдается тому или иному штамму. Повышения производительности и экономичности процесса получения биомассы можно достичь применением смешанных культур. Подбор организмов-партнеров определяется, с одной стороны, их физиологией и питательными потребностями, с другой — технологическими особенностями сырья. Так, например, культивирование водородных бактерий совместно с метанокис-ляющими на смеси природного газа и водорода может оказаться экономически выгодным, так как водородные бактерии будут выполнять функции очистки культуральной среды от метаболитов своих гетеротрофных спутников — углекислоты и органических кислот, тормозящих рост микроорганизмов на природном газе.
В настоящее время наиболее доступный способ получения водорода — конверсия природного газа, запасы которого огромны. Такой водород дешев, но загрязнен окисью углерода (до 30% в исходном газе и до 1—3% после ступенчатой очистки).
Возник вопрос: могут ли водородные бактерии использовать ©жись углерода в качестве источника углерода и энергии?
12
смотря на то, что окись углерода является дыхательным ядом, способность усваивать это соединение показана как для высших растений, так и для микроорганизмов.
Т. Г. Кеслер и др. (1978) исследовали возможность выращивания водородных бактерий Alcaligenes eutrophus Z-1 в присутствии СО. Кроме того, существуют бактерии, названные карбоксидобактериями, способные окислять и усваивать окись углерода, причем большинство из них способно также и к росту на водороде.
Эта группа микроорганизмов широко распространена в природе и представлена различными видами аэробных грамотрица-тельных бактерий, выделение, исследование и систематизация которых фундаментально выполнены в Институте микробиологии АН СССР [Савельева, Ножевникова, 1972; Кожевникова, Заварзин, 1973; Ножевникова, 1975; Заварзин, 1978; Заварзин, Ножевникова, 1978]. Как показано в этих работах, карбоксидобактерии способны расти автотрофно за счет окисления СО или Н2, а также органотрофно за счет некоторых органических веществ.
