WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
БИОЛОГ ИЯ БИОЛОГ ИЯ СОВРЕМЕННАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И. Б. ЛЕЩИНСКАЯ Казанский государственный университет Введение. Микробная биотехнология (промышленная микробиология) – это интегральная по своей CONTEMPORARY природе область науки и техники, которая опирается INDUSTRIAL MICROBIOLOGY на теоретические и методические положения молекулярной биологии и генетики, биохимии, физиологии и I. B. LESHCHINSKAYA цитологии, а также использует прогрессивные химические технологии. Биотехнология занимается теми проContemporary industrial microbiology makes an цессами, которые можно вести не в природе, а в искусственно созданных условиях производства круглогодично important contribution to solving such global и повсеместно независимо от сезона, климатических и social problems as health care, nutrition, enviгеографических условий. Именно это принципиально ronmental protection and energy supply. Today, отличает биотехнологию от сельского хозяйства, где the range of microbial synthesis products is климатические и другие природные условия являются increasing significantly due to the achieve- мощным фактором, существенно ограничивающим возможности управления. В то же время агробиотехнолоments in genetic engineering: microorganisms гия достигла больших успехов [1, 2]. Существенный produce animal, plant and even human horвклад в современную промышленную микробиологию mones and enzymes, and such substances внесла генная инженерия, которая расширила арсенал which are not naturally produced by them.

традиционных веществ микробного синтеза за счет совершенно новых продуктов клонированных генов.

Современная промышленная микробиология История развития биотехнологии микроорганизмов.

вносит существенный вклад в решение та- К одним из самых древних областей человеческой деятельности относятся хлебопечение, виноделие и пивоких глобальных социальных проблем, как охварение, которые в основе своей имеют не что иное, рана здоровья, обеспечение человека продокак жизнедеятельность микроорганизмов – хлебопевольствием, охрана природы и энергообескарных и винных дрожжей. Сюда же можно отнести печение. Спектр продуктов микробного получение кисломолочных продуктов, сыров с помосинтеза существенно расширяется за счет щью молочнокислых бактерий, пищевого уксуса с помощью уксуснокислых бактерий, а также различных достижений генной инженерии: микрооргаорганических кислот и растворителей, производство низмы продуцируют гормоны и ферменты которых долгое время осуществлялось только биотехноживотных, растений и даже человека, то логически и не имело дублера в химической промышесть такие вещества, которые им несвойленности. Развитие последней потеснило биотехнологию в области производства технических растворителей ственны от природы.

и органических кислот. Однако пищевая промышленность до настоящего времени использует микроорганизмы для получения пищевого уксуса и спирта.

Бурное развитие биотехнологии связано прежде всего с эрой антибиотиков, которая наступила в 40–50-е годы. Производство антибиотиков оказалось чрезвыwww.issep.rssi.ru чайно наукоемкой отраслью, которая потребовала интеграции усилий микробиологов, биохимиков, генетиков, СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №4, Лещинская И.Б., © БИОЛОГ ИЯ а также привлечения всех передовых достижений соот- • производящие продукты микробного биосинтеза, ветствующих отраслей науки. В тот период были созда- к числу которых относятся антибиотики, гормоны, ны микробиологические производства, оснащенные ферменты, аминокислоты, витамины;

современным оборудованием, разработаны прогрес• производства, основанные на получении продуксивные биотехнологии, проведена широкая селекция тов брожения, гниения, например утилизация целлюмикроорганизмов – продуцентов антибиотиков и полозы и различных отходов с целью получения углеволучены мутантные штаммы с гиперпродукцией этих дов, биогаза, биоэтанола. Сюда же относятся получение веществ. Расширение знаний об антибиотиках, равно спиртов, органических кислот, растворителей, а также как и развитие антибиотической промышленности, биотехнология утилизации неприродных соединений.

стало отличной школой биотехнологии и привело к существенному повышению культуры микробиологичес- Вклад генетической инженерии в микробную биотехких производств.

нологию. Генетическая инженерия видоизменила структуру и содержание современной промышленной Новый импульс биотехнология получила в серемикробиологии. Во-первых, существенно повысилась дине 70-х годов благодаря появлению такой отрасли, продуктивность промышленных микроорганизмов – как генетическая инженерия. Началом промышленной продуцентов классических продуктов путем введения генной инженерии принято считать 1980 год, когда в дополнительных генов, увеличения их количества или США был выдан первый патент на генно-инженерный активности. Во-вторых, вводя в микробную клетку ноштамм микроорганизма, способного разлагать нефть.

вые гены, удалось изменить питательные потребности К настоящему времени в области генной инженерии микроорганизма. Далее микроорганизмы “научили” зарегистрировано около 600 патентов, что отражает синтезировать несвойственные им вещества и таким интенсивность ее развития. Внедрение в производство образом увеличили разнообразие биотехнологической разработок генной инженерии потребовало переоснапродукции. Некоторые белки человека, клонированщения биотехнологических производств и повышения ные в микробной клетке, в том числе инсулин, интерпрофессионального уровня обслуживающего персонафероны, интерлейкины, находят в настоящее время тела. Не случайно поэтому первая генно-инженерная прорапевтическое применение. Данные об использовании дукция была получена на заводах в Японии, где высогенно-инженерных продуктов в медицине см. в статье чайшие культура производства и профессионализм В.Н. Сойфера [5]. Наконец, подверглась пересмотру вся сотрудников вполне соответствуют научно-техническологика селекции микроорганизмов-продуцентов. Так, му уровню новых сложнейших биотехнологий. Первый если раньше сначала искали активный штамм микрокоммерческий продукт – человеческий инсулин, проорганизма и затем создавали конкретную биотехнолодуцируемый бактерией, был разрешен для клиничесгию с учетом физиологических свойств и питательных кого использования в 1982 году. Примерно к тому же потребностей продуцента, то теперь можно взять привремени относится энергичное развитие клеточной способленный к условиям производства штамм и ввесинженерии. Микробный продуцент был пополнен ноти в него генную конструкцию, которая обеспечит эфвым источником получения полезных веществ – кульфективный синтез целевого продукта.



турой изолированных клеток и тканей растений и жиК числу важных практических достижений генной вотных. На этой основе были созданы новые приемы инженерии необходимо отнести выделение, клонировабиотехнологии, а также разработаны принципиально ние и получение диагностических препаратов. Сегодня новые методы селекции эукариот. Особенно больших уже более 200 новых диагностикумов введены в медиуспехов удалось достичь в области микроклонального цинскую практику, разработаны способы диагностики размножения растений, а также получения и использотакого опасного заболевания, как СПИД. Широко вания трансгенных растений и животных [1–3].

применяются методы генной диагностики, то есть выПрикладная микробиология. Условно микробные явления дефектных генов, включая пренатальную диапроизводства можно разделить на три типа:

гностику.

• основанные на использовании живой или инак- Биотехнология в решении социальных проблем. Мы тивированной биомассы микроорганизмов; сюда от- живем в постоянно и стремительно меняющемся мире.

носится производство пекарских, винных и кормовых Неизменными остаются социальные жизненно важдрожжей, вакцин, белково-витаминных концентратов ные проблемы: охрана здоровья, обеспечение человека (БВК), средств защиты растений, заквасок для получе- продовольствием, охрана окружающей природы и ния кисломолочных продуктов и силосования кормов, энергообеспечение. Какой вклад вносит микробная почвоудобрительных препаратов; биотехнология в решение этих проблем ЛЕЩИНСКАЯ И.Б. СОВРЕМЕННАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ БИОЛОГ ИЯ Известно, что проблемы охраны здоровья человека гий обмена веществ применяют также липазы. Пров значительной степени зависят от обеспечения необ- теиназы с фибринолитическим действием используют ходимыми медикаментами. Биотехнология предлагает для растворения тромбов. С помощью таких препановые подходы к разработке и производству лекарст- ратов, как стрептокиназа и урокиназа, лечат тромбоз венных, профилактических и диагностических меди- коронарных сосудов сердца, легких, конечностей. Об цинских препаратов, а также позволяет производить в использовании фермента лизоамидазы см. статью достаточных количествах широкий спектр лекарствен- И.С. Кулаева [6].

ных средств, которые ранее были малодоступны. БиоВажный вклад микробной биотехнологии в медитехнологические медицинские препараты по объему цину состоит в получении профилактических препарапродаж в настоящее время составляют более 5% общетов, причем этот вид продукции не имеет дублера в хиго мирового рынка, а к 2005 году достигнут более 15%.

мической промышленности. Чтобы понять важность Среди примерно 50 новых видов лекарств, вакцин и вакцинации, приведем несколько примеров. В развидиагностикумов, появляющихся на рынке ежегодно, тых странах, где профилактическая служба находится 10–15 получены с помощью биотехнологических метона должном уровне, смертность от инфекционных задов, в стадии клинического изучения находится более болеваний составляет всего 4–8 против 30–50% в раз350 новых биопрепаратов, причем большинство из них вивающихся странах. Вакцина против оспы позволила предназначены для лечения болезней, которые считаполностью искоренить эту болезнь. В 1955 году в США ются неизлечимыми. По производству биотехнологии Канаде полиомиелитом заболевали 200 человек на ческих медицинских препаратов на первом месте стоит 1 млн населения. В настоящее время распространенСеверная Америка – 63%, в странах Западной Европы ность этого заболевания снизилась в 4000 раз (1 челопроизводится 25%, в Японии – 7%.

век на 20 млн населения). Также быстро снизилась заК самому большому классу лекарств, получаемых болеваемость корью, краснухой, дифтерией после путем микробного синтеза, относятся антибиотики.

введения соответствующих вакцин в практику. БольПо разнообразию и показаниям к применению они за- шие перспективы в получении новых вакцин открывает нимают первое место среди продукции мировой фар- генная инженерия. При этом необходимый защитный мацевтической промышленности. Сегодня известно антиген можно получить с помощью непатогенного более 6000 видов антибиотиков, более 100 из которых микроорганизма и, таким образом, избежать опасноснаходят применение в медицинской практике, в том тей, связанных с токсичностью обычных вакцин.

числе при лечении таких тяжелых заболеваний, как туПо прогнозам, к 2050 году население Земли возраберкулез, менингит, плеврит, пневмония. Отдельные стет до 10 млрд человек и для обеспечения его потребантибиотики применяют при лечении онкозаболеваности в продукции сельского хозяйства нужно будет ний. Объем мирового рынка антибиотиков увеличиваувеличить объемы производства на 75%. Анализ проблеется в последнее время на 10–12% в год и составляет мы обеспечения человека продовольствием специалисболее 23 млрд долларов.





тами разных стран показал, что в основном она заклюВторой класс лекарственных веществ, производичается в недостатке белка животного происхождения, мых биотехнологическим путем, – гормоны. К традикоторый по аминокислотному составу более богат, чем ционным микробиологическим продуктам относятся растительный белок. Промышленная микробиология стероидные гормоны – кортизон, преднизолон, котопоставляет животноводству по крайней мере три вида рые широко применяют при лечении различных аллерважных веществ: кормовой белок или белково-витагических заболеваний, в том числе такого тяжелого, минные концентраты (БВК), незаменимые аминокискак бронхиальная астма, а также ревматоидного артрилоты и кормовые антибиотики. Добавление 1 т БВК в та и других недугов. Спектр гормональных препаратов, корма обеспечивает экономию 7 т фуражного зерна и производимых путем микробного синтеза, значительно дополнительное производство 0,8 т свинины или 5 т пополнился за счет пептидных гормонов, представляюмяса птицы. Включение 1 т кормовых дрожжей в рацищих генно-инженерные продукты. Следует отметить он телят и поросят позволяет экономить 6 т цельного такие антивирусные, антиопухолевые и иммуномодумолока. Наиболее продуктивным сырьем для получелирующие агенты, как интерфероны и интерлейкины.

ния микробного белка следует считать клетчатку, приСреди лекарственных средств особое место зани- чем преимущественно используются не отходы древемают ферменты. Так, известно применение протеоли- сины, а подсолнечная лузга, кукурузные кочерыжки, тических ферментов при лечении заболеваний пище- солома и другие отходы сельского хозяйства, которые варительных органов. Эти же ферменты используют ежегодно воспроизводятся. Второй вид биотехнологипри лечении ожоговых поражений и различных ран для ческой продукции – незаменимые аминокислоты, проудаления некротических тканей. При лечении патоло- изводство которых для медицины и сельского хозяйства СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №4, БИОЛОГ ИЯ интенсивно развивается во всем мире. Среди них та- зуется на плазмидах. Это расширяет возможности иские, как лизин и метионин, обязательно должны со- пользования методов генной инженерии для увеличедержаться в готовом виде в пище человека и кормах ния эффективности азотфиксации и как следствие – животных. Метионин производят с помощью химиче- улучшения азотного питания растений. Имеются предской технологии, а лизин – в основном биотехнологи- посылки к созданию методами генной инженерии злачески. Внесение в корма лизина высвобождает фураж и ковых растений-азотфиксаторов [4].

увеличивает объем мясной продукции: на 1 т лизина Связь биотехнологии с проблемами природоохравысвобождается 40–50 т фуражного зерна и получается нительного плана многообразна и заслуживает спедополнительно более 10 т мяса.

циального рассмотрения. Мы ограничимся наиболее В дополнение к сказанному необходимо отметить, яркими примерами. Известно, что основными загрязчто так называемая биологическая система животно- нителями природных водоемов являются стоки химиводства и растениеводства приобретает все большую ческих предприятий, содержащие различные синтетипопулярность. В настоящее время в разных странах ческие органические соединения, разложение которых производят более 100 видов биопрепаратов, применяе- в природе происходит крайне медленно. Мертвым грумых в растениеводстве, в том числе энтомопатогенные зом накапливаются токсические вещества, так называпрепараты: энтобактерин, инсектин, токсобактерин, емые ксенобиотики – соединения, не включающиеся в боверин, вирин, а также гербициды, фунгициды, бак- метаболизм живых организмов. Это вещества, создантериальные удобрения: нитрагин, азотобактерин, фос- ные фантазией человека, которых не знает природа. На форобактерин. Использование биологических средств помощь приходят бактерии, разнообразие путей метазащиты растений, стимуляторов роста животных и рас- болизма которых настолько велико, что среди них найтений, микробных удобрений позволяет снизить дозы дется хотя бы один представитель, способный утилизиприменяемых химических средств защиты и минераль- ровать самые необычные, в том числе и токсичные, ных удобрений, что приводит к повышению качества соединения. Опираясь на глубокие знания физиологии продукции и созданию экологически чистых технологий.

бактерий, микробиологи изучают пути катаболизма ксенобиотиков, возможность их разложения и детокМетоды генной инженерии позволяют добиться сикации. На основе этих исследований создают биоулучшения свойств сельскохозяйственных растений путем создания так называемых трансгенных расте- технологические способы очистки воды от загрязнения неприродными соединениями, а также методы, позвоний, то есть таких, которые несут чужеродные гены.

Внедрение генов в растения осуществляется с помо- ляющие контролировать загрязнения окружающей щью Ti-плазмид, выделенных из агробактерий, кото- среды. Так, специальные микробные продукты для контроля и мониторинга загрязнений имеют ежегодрые при естественном развитии в природе переносят в ный объем продажи около 10 млн долларов, а в перзараженное растение часть собственных генов, а их спективе этот объем может достичь 200 млн долларов.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.