u_manual

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

воевание потребителя в уже освоенных ими регионах. Ожидается рост интенсивности конкурентной борьбы на международном рынке биополимеров и возможное общее снижение уровня цен на них в связи с организацией производства биодеградируемых полимеров в Германии и Голландии, а также Японии и ряде других развитых стран.

В настоящее время все чаще появляются работы, рассматривающие в качестве сырья для ряда биотехнологических производств угли и продукты их переработки. В связи с огромными запасами и относительно низкой стоимостью данный субстрат представляет интерес и для будущих крупнотоннажных производств микробных биопластиков. Такие исследования начаты. Недавно опубликована работа по изучению продукции среднецепочечных полигидроксиалканоатов несколькими культурами Pseudomonas на средах, содержащих в качестве источника углерода продукты переработки углей – смеси гуминовых кислот. Установлено, что бактерии Ps. oleovorans способны синтезировать ПГА, содержащие гидроксигексаноат, гидроксидеканоат и гидроксидодеканоат, а бактерии Rhodobacter rubber – смеси гидроксибутирата и гидроксивалерата. Показано, что продукты гидролиза углей, полученные биологическим путем на основе культуры Trichoderma, является для Ps. oleovorans, по сравнению с продуктами химического гидролиза углей, более выгодным субстратом. В перспективе возможна организация двух-, трехэтапных биотехнологических процессов, в ходе которых на первых стадиях угли будут трансформироваться до водорастворимых продуктов, например, грибными культурами, а далее эти субстраты можно будет использовать для синтеза ПГА.

Возможен другой путь использования низкосортных бурых углей в качестве исходного сырья для биосинтеза ПГА. На базе авторских штаммов водородокисляющих бактерий, обладающих резистентностью к СО (монооксиду углерода) в Институте биофизики СО РАН разработан процесс синтеза ПГА на газовом субстрате в присутствии СО и выявлен механизм СОрезистетности бактерий. Этими работами была обоснована возможность привлечения синтез-газа для получения ПГА. В Институте химии и химической технологии СО РАН оптимизирован процесс газификации углей КанскоАчинского месторождения с целью получения газового субстрата, пригодного для эффективного синтеза ПГА. Это позволило впервые в биотехнологической практике реализовать процесс синтеза биоразрушаемых полимеров на продуктах переработки углей (рис. 5.11), что открывает перспективу создания уникальной индустрии биопластиков с использованием минеральноэнергетической базы Сибири.

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

271

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

C

СО2 + СО + Н2

О2

Рис. 5.11. Процесс синтеза биоразрушаемых полимеров на продуктах переработки углей (фото Т.Г. Воловой)

В настоящее время в сфере коммерциализации ПГА активно работают многие фирмы и промышленные компании. Первой промышленной корпорацией, начавшей освоение промышленного производства ПГА, была ICI в Великобритании; фирмы Zeneka Seeds и Zeneka Bio Product с 1992 г. начали выпуск полиоксибутирата и сополимеров оксибутирата с оксивалератом (товарное название продукта «Биопол®»). За основу был принят процесс, считающийся в то время лучшим, с использованием мутантного штамма водородных бактерий Alcaligenes eutrophus, способного усваивать глюкозу. При масштабах производства в 10–15 тыс. т в год цена Биопола достигала 16000 дол.CША /т. Это на порядок выше стоимости полиолефинов. Широкое применение Биопола с такой стоимостью в качестве упаковочного материала проблематично и, по мнению специалистов, оправдано в специальных, например биомедицинских целях. В 1996 г. ZENEKA, переуступила свои права концернам Monsanto и Astra (США).

Сегодня среди производителей малотоннажных производителей поли-

оксиалканоатов Монсанто КO, Metabolix Inc., Tepha, Proctor & Gambel, Berlin Packaging Corp., Bioscience Ltd., BioVentures Alberta Inc., Merk), выпускающих полимеры под марками Biopol®, BiopolTM, TephaFLEXTM, DegraPol/btc®, NodaxTM. Такие производства осваивают или планируют практически все развитые страны, однако решающим для начала широкомасштабного получения и применения ПГА является снижение их стоимости. Большие надежды возлагаются на генетически модифицированные организмы, включая высшие растения. В рамках объединенного проекта ведущих производителей ПГА Metabolix и Monsanto In, с 2001 г. ведутся работы по созданию трансгенных растений для синтеза полимера; к 2008 г. планируется начать крупномасштабный выпуск «Биопола®» с использованием генетически модифи-

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

272

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

цированных растений. В связи с тем, что работы, ориентированные на оптимизацию технологии синтеза и снижение стоимости ПГА, проводятся весьмаактивно, области применения этого биопластика становятся приемлемыми и обоснованными не только для биомедицины.Линейка продуктов из ПГА(Metabolix) варьируется по величине молекулярной массы от 1 000 до 1 000 000 Да, а относительное удлинение при разрыве – от 5 до более чем 1 000 %. ПГА применяется в производстве биоразлагаемой упаковки и формованных изделий, нетканых материалов для одноразовых салфеток и средств личной гигиены, пленок и волокон, клейких веществ и покрытий, связующих материалов для металлических и керамических порошков и водостойких покрытий для бумаги и картона. Наиболее привлекательным коммерческим свойством ПГА является разрушаемость в биологических средах до конечных продуктов, безвредных для биоты: в аэробных условиях до СО2 и Н2О, в анаэробных условиях – до СН4 и Н2О. Тонкостенные предметы из ПГБ медленно разрушаются в течение нескольких лет в земле при средней температуре 8–15 °C. В компосте – более быстро, а при использовании дополнительных средств при температуре

50–65 °C предметы из ПГБ разрушаются в течение нескольких недель.

В 2008 г. компания Metabolix (Кембридж, штат Массачусетс) выпускает на рынок новую линейку разрушаемых биопластиков под маркой Mirel. Компания Metabolix Inc выпускает на рынок три новых марки Mirel: Mirel P1001 и P1002 для литья под давлением и Mirel P2001 – аналог бумажной упаковки. Mirel P1001 для литья под давлением должен заменить термопласты типа пенопласта, а Mirel P1002 заменяет полиолефины типа полипропилена. Эти марки сырья могут перерабатываться на обычном литьевом оборудование. Mirel P2001 планируется использовать для производства одноразовых бумажных чашек и различной упаковки для продуктов. Metabolix Inc в

кооперации с компанией Archer Daniels Midland Company (ADM) в конце

2008 г. в городе Клинтон штат Айова в целях коммерциализации своей ферментационной технологии запускают производство этого типа разрушаемого биопластика объемом 55 тыс. т/год. Для разработки нового продукта подписан договор с австралийским Центром исследования сахара. Затраты на производство оцениваются менее 3,67 дол. США за кг биопластика. Metabolix активно сотрудничает с компанией British Petroleum в целях дальнейшего развития прямого производства пластиков с использованием сахаросодержащих продуктов переработки проса. Технология получила поддержку на государственном уровне от Департамента сельского хозяйства США и в рамках Программы разработки перспективных технологий Департамента торговли США.

Новые типы разрушаемых пластиков семейства полигидроксиалканоатов (ПГА) разрабатываются компанией Procter & Gamble, стратегия которой, в отличие от Metabolix, нацелена на разработку другой разновидности ПГА-биополимеров, производимых ферментацией сахаров и жирных кислот и выпускаемых под маркой NodaxTM. Эти биопластики представляют собой сополимеры гидроксибутирата и гидроксигексаноата (ПГБГ) и тройные сополимеры гидроксибутирата/гидроксигексаноата/гидроксидеканоата. По сравнениюс

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

273

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

полимерами типа Biopol биополимеры Nodax схожи с ПЭНП и характеризуются наличием боковых ответвлений от основной цепи, при этом содержание мономеров в ПГА варьируется в диапазоне от 2 до 24 % в зависимости от числа атомов углерода в боковых ответвлениях – от 6 до 24 атомов (С6–С24). Как следствие, биопластики Nodax имеют меньшую, по сравнению с Biopol, температуру плавления и стеклования, кристалличность, что облегчает переработку полимера. Их барьерные свойства такие же, как и у полиэтилена высокой плотности. Промышленного производства в настоящее время нет. Прогнозная цена Nodax от 2,50 до 3,8 дол./кг.

5.5. Перспективыразвитияиндустрии ирынкаразрушаемыхбиополимеров

В Европе внедрение биоразлагаемых упаковочных материалов и создание благоприятных условий для развития индустрии биополимеров – вопрос государственной важности. В ряде стран Западной Европы, в частности в Германии, основным стимулом для развития этого направления являются налоговые льготы для производителей, использующих биоразлагаемые материалы в производстве упаковки. В Дании и Ирландии введен налог на продуктовые сети за употребление полиэтиленовых пакетов. Ограничения или запреты на их использование начинают действовать, помимо США и ЕС, в таких государствах, как Бангладеш, Сингапур, Тайвань и ряде штатов Индии. Кнессет Израиля обсуждает законопроект, возбраняющий раздачу бесплатных ПЭТ-пакетов в торговых заведениях. Китайские власти заявили, что с 1 июня 2008 г. нельзя будет производить тонкие пакеты из синтетических полимеров и использовать их в розничных точках. Австралия намерена ввести аналогичный запрет к концу 2008 г.

Однако ситуация с пакетами – лишь частный случай, можно взглянуть и шире. Представитель Министерства сельского хозяйства Франции Жульет Турин (Juliet Turinne) в ноябре 2007 г. выступила в Берлине перед участниками 2-й Европейской конференции по использованию биополимеров. Она рассказала, что французские власти не только понимают необходимость внедрения биоразлагаемых полимеров, но и предпринимают конкретные шаги в этом направлении. Во-первых, они создают благоприятные условия для развития сельскохозяйственного производства сырья для биополимеров. Вовторых, планируют в ближайшее время внедрить систему налогов и сборов, которая бы стимулировала производителей к использованию биоразлагаемой упаковки. Соответствующий закон, ранее отклоненный Европейской комиссией, сейчас находится на стадии доработки и усовершенствования. В- третьих, разрабатываются стандарты оформления этикетки для биоразлагаемых продуктов с целью информирования потребителей, стимулирования продаж и правильной утилизации.

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

274

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.5. Перспективы развития индустрии и рынка разрушаемых биополимеров

Министерство Германии по охране окружающей среды проявило политическую инициативу, направленную на создание оптимальных условий для компостинга биоразлагаемых полимеров. Планируется разработать, а затем реализовать национальную стратегию переработки органических отходов. Федеральное правительство Германии намерено представить разработанную стратегию на европейском уровне. В странах Евросоюза органические отходы составляют порядка 38 % всего городского мусора, что в количественном выражении составляет порядка 120 млн т в год.

В России ситуация с внедрением биоразлагаемых полимеров пока не внушает оптимизма. Производители упаковки считают, что это «дело неопределенно далекого будущего».

Сегодня в РФ в связи с отсутствием у общества информации и мнений о разрушаемых биопластиках необходимо начать формирование мнения о необходимости перехода на разрушаемые пластики, далее – создать условия для появления заинтересованности в таких производствах у производителей пластмасс. Поэтому организация первого производства разрушаемых биопластиков в Красноярском регионе может стать важным элементом для постепенной переориентации рынка пластиков в РФ. Наличие у коллектива исследователей Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского Федерального университета приоритетного научного задела в различных областях биотехнологии ПГА, созданной научно-практической основы, включая первое в РФ опытное производство биопластиков, и с учетом уникальной энергетической и сырьевой базы Сибири в перспективе могут обеспечить Красноярскому региону уникальную возможность лидерства на рынке биоразрушаемых пластиков в РФ.

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

275

ГЛАВА 6 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ

6.1. Методывыделенияиочистки клеточныхмакромолекулдляполучения целевогобиотехнологическогопродукта

Традиционная биотехнология зародилась десять-двенадцать тысяч лет назад, когда закончилось последнее оледенение. Веками человек использовал микроорганизмы для выпечки хлеба, приготовления пива, сыра, выращивания сои, производства вина, витаминов. Интерес к производству пищевых продуктов не ослабевает и в наше время, но эти производства перешли на новый уровень с использованием всех новейших достижений современной биологии. Разрабатываются биотехнологии получения экологически чистой пищи для обеспечения сбалансированного питания как на основе высших ра с- тений, так и с помощью микробиологического синтеза.

6.1.1. Продуктыбиотехнологическогопроизводства

Продукты биотехнологии являются результатом функционирования биологических систем для технических и промышленных процессов. Сюда относятся как традиционные организмы, так и организмы, явившиеся результатом генной инженерии.

Растения являются наиболее дешевым продуцентом белков и других продуктов питания. Стоимость белка, полученного путем сельскохозяйственного культивирования сои или кукурузы, составляет менее 1 дол./кг. В то время как использование в настоящее время микробных клеток в закрытых системах (ферментерах) и особенно культивируемых клеток животных в качестве продуцентов фармацевтических белков обходится в сотни и тысячи раз дороже. Поэтому исследования последних лет имели целью, с одной стороны, показать возможность получения биологически эквивалентных форм того или иного белка в трансгенных растениях, а с другой, – повысить содержание белка и облегчить и удешевить его последующую очистку.

К настоящему времени уже показано, что растения могут производить белки животного происхождения, такие как энкефалин, моноклональные антитела, специфичные для бактерий, вызывающих зубной кариес. Предполагается, что на основе таких моноклональных антител, продуцируемых трансгенными растениями, удастся создать действительно антикариесную зубную пасту. Из других белков животного происхождения, которые представляют интерес для медицины, показана продукция в растениях человеческого

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

276

ГЛАВА 6. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ

6.1. Методы выделения и очистки клеточных макромолекул для получения целевого биотехнологического продукта

β-интерферона. Получен картофель, экспрессирующий олигомеры нетоксичной субъединицы В-токсина холеры. Эти трансгенные растения могут быть использованы для получения дешевой вакцины против такого заболевания, как холера. Причем в случае холеры иммунизация вполне эффективно происходит при пероральном приеме вакцины.

Генетическая инженерия метаболизма растительных жиров уже привела к новым коммерческим продуктам. Важнейшим сырьем для получения разного рода химических веществ являются жирные кислоты – основной компонент растительного масла. В 1995 г. была закончена экспериментальная проверка и получено разрешение от федеральных властей США на выращивание и коммерческое использование трансгенных растений рапса с измененным составом растительного масла, включающего вместе с обычными 16- и 18-членными жирными кислотами также и до 45 % 12-членной жирной кислоты – лауриновой. Это вещество широко используется для производства стиральных порошков, шампуней, косметики. Дальнейшее изучение специфики биохимического синтеза жирных кислот, по-видимому, приведет к возможности управлять этим синтезом с целью получения жирных кислот различной длины и различной степени насыщения, что позволит значительно изменить производство детергентов, косметики, кондитерских изделий, затвердителей, смазочных материалов, лекарств, полимеров, дизельного топлива и многого другого, что связано с использованием углеводородного сырья.

Однако одной из бурно развивающихся отраслей биотехнологии считается технология микробного синтеза ценных для человека веществ. По прогнозам, дальнейшее развитие этой отрасли повлечет за собой перераспределение ролей растениеводства и животноводства, с одной стороны, и микробного синтеза, с другой, в формировании продовольственной базы человечества. Львиную долю продуктов, созданных на основе современных биотехнологий (генетической инженерии), составили фармацевтические белки, прежде всего инсулин, альфа-интерферон, антиген вируса гепатита В, эритропоэтин, фактор стимулирования гранулоцитов и многие другие вещества. В этих молекулах заключена такая мощь, что у множества разнообразных заболеваний, еще пять лет назад бывших неизлечимыми, появляется совершенно иной прогноз.

Например, достигнут существенный прогресс в борьбе с раком и возрастной слепотой – заболеваниями прежде неизлечимыми. Несколько лет назад в стадии клинических испытаний находилось менее 10 противораковых препаратов, большинство из которых представляли собой высокотоксичные средства химиотерапии. Сегодня испытания с участием людей проходят более 400 противораковых лекарств, и почти все они – целевого действия, на основе биотехнологий и с минимальными побочными эффектами. На основе биотехнологий создано 230 лекарственных препаратов и сопутствующих продуктов, включая лекарства от бессонницы, множественного склероза, острой боли, хронической болезни почек, недержания, язв полости рта и рака. Ни для одного раздела медицины биотехнология не сделала так много, как для онкологии. С появлением новых лекарств, которые уничтожают

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

277

ГЛАВА 6. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ

6.1. Методы выделения и очистки клеточных макромолекул для получения целевого биотехнологического продукта

только клетки опухоли, почти не повреждая здоровые ткани, изменилась вся парадигма лечения рака. Теперь медицина рассматривает рак как хроническое, поддающееся лечению заболевание. Только в 2004 г. FDA одобрила четыре целевых препарата против рака – Avastin, Tarceva, Iressa и Erbitux. Применение Avastin от компании Genentech позволяет продлить жизнь пациентов с раком легких, груди и кишечника – первейшая задача для всякого препарата от рака.

Создано и выпущено на рынок множество новых биотехнологических продуктов, повышающих урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность сельскохозяйственных животных.

Продуктами биотехнологии являются возобновляемые источники энергии – различные виды биотоплива. Налажено производство этанола из сырья, содержащего сахарозу, глюкозу, фруктозу, другие моноили олигосахариды, крахмал или целлюлозу, с помощью дрожжей или бактерий. В настоящее время этанол все в большей мере применяется в качестве экологически чистого моторного топлива. Поставлено производство бутанола и ацетона с использованием бактерий-бродильщиков рода Clostridia. Технология производство водорода испытана пока только в масштабе лаборатории. Получение метана, или биогаза, осуществляемое смешанной микробной культурой, устраняет отходы, угрожающие планете, и производит ценное газообразное топливо, заменитель природного газа. Перспективно производство длинноцепочечных углеводородов (бионефти) из биомассы углеводородсинтезирующих одноклеточных водорослей. Эти водоросли могут быть выращены в биореакторе в виде чистой культуры. Их можно также культивировать в составе природных экосистем в озерах, прудах или лагунах.

Продолжают развиваться процессы получения традиционных биотехнологических продуктов, к которым можно отнести антибиотики, алкалоиды, гормоны роста растений, ферменты, аминокислоты, витамины и т.д. Молекулы антибиотиков очень разнообразны по составу и механизму действия на микробную клетку. При этом в связи с возникновением устойчивости патогенных микроорганизмов к старым антибиотикам постоянно существует потребность в новых. В некоторых случаях природные микробные антибиотические продукты химическим или энзиматическим путем могут быть превращены в так называемые полусинтетические антибиотики, обладающие более высокими терапевтическими свойствами.

Микроорганизмы способны осуществлять реакции трансформации, в которых те или другие соединения превращаются в новые продукты. Условия протекания этих реакций мягкие, и во многих случаях микробиологические трансформации предпочтительнее химических. Пример существующих крупномасштабных промышленных биоконверсий – производство уксуса из этанола, глюконовой кислоты из глюкозы. Широко используется микробная модификация стероидов, которые являются сложными полициклическими липидами. Теперь с использованием биоконверсии получают кортизон, гидрокортизон, преднизолон и целый ряд других стероидов, что в сотни раз снижает себестоимость производства стероидов.

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

278

ГЛАВА 6. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ

6.1. Методы выделения и очистки клеточных макромолекул для получения целевого биотехнологического продукта

Пока получение ферментов с помощью микроорганизмов более выгодно, чем из растительных и животных источников. Микробные клетки продуцируют более 2 тысяч ферментов, катализирующих биохимические реакции, связанные с ростом, дыханием и образованием продуктов. Многие из этих ферментов могут быть выделены и проявляют свою активность независимо от клетки. В мире производится около 20 ферментов в объеме 65 тыс. т (а существует, как предполагают 25 000 ферментов). Например, промышленным способом производят такие ферменты, как амилаза, глюкоамилаза, протеаза, инвертаза, пектиназа, каталаза, стрептокиназа, целлюлаза, липаза, целлюлаза, оксидаза и др. Использование иммобилизованной глюкозоизомеразы для непрерывного получения глюкозы является наиболее крупным процессом такого рода в мире.

Микробные ферменты активно используют в клинической диагностике при определении уровня холестерина в крови и мочевой кислоты. Ферменты предлагают использовать для очистки канализационных и водопроводных труб и во многих других сферах человеческой деятельности. Ферменты для медицинских или аналитических целей должны быть высокоочищенными.

Производство аминокислот относится к одной из наиболее передовых областей биотехнологии. Аминокислоты получают путем химического синтеза или экстракцией из белковых гидролизатов. Незаменимые аминокислоты могут получаться микробиологическим путем более эффективно, чем путем химического синтеза. За рубежом 60 % мощностей по производству аминокислот занимает глутаминовая кислота, далее идут метионин, лизин и глицин. С помощью микроорганизмов можно получить до 60 органических кислот. Многие из них получают в промышленном масштабе – итаконовая, молочная, уксусная, лимонная.

Витамины синтезируют в основном химическим путем или получают из естественных источников. Однако рибофлавин (В2), витамин В12 и аскорбиновую кислоту получают микробиологическим путем. Существует производство рибофлавина на основе использования дрожжеподобных грибов

Eremothecium ashbyii и Ashbia gossypii. Рибофлавин продуцируется также ви-

дами Clostridium и Ascomycetes. Микроорганизмы являются также ценным источником получения никотиновой кислоты (витамин РР).

Микроорганизмы являются источником получения липидов специального назначения с заранее определенными свойствами. Микробные жиры заменяют растительные (а в ряде случаев и превосходят) и могут использоваться в разных отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицине.

Микроорганизмы являются важным источником получения полимерных материалов на основе полисахаридов. Ценным микробным полисахаридом является декстран, образуемый бактериями рода Leucomonstoс. Декстран служит основой получения медицинских препаратов (кровезаменителей) и препаратов для биохимических исследований – сефадексов и других молекулярных сит. Одним из перспективных биодеградируемых полимеров, синтезируемых бактериями, являются полигидроксиалканоаты. Область ис-

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

279

ГЛАВА 6. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ

6.1. Методы выделения и очистки клеточных макромолекул для получения целевого биотехнологического продукта

пользования этого класса полимеров широка – от сельского хозяйства до медицины.

С молекулярной биотехнологией человечество связывают самые большие надежды и по возможности точной диагностики, профилактики и лечения множества инфекционных и генетических заболеваний, и по значительному повышению урожайности сельскохозяйственных культур, и по многим другим до сих пор нерешенным проблемам.

К сожалению, львиную долю стоимости производства зачастую составляет не наращивание биомассы, а последующие процессы выделения и очистки продукта. Стоимость очистки тем выше, чем ниже концентрация вещества в клетках. Это особенно важно в случае фармацевтических препаратов, требующих высокой степени чистоты.

В данной главе будет рассматриваться последняя стадия получения целевого продукта – его выделение. Эта стадия существенно различается в зависимости от локализации продукта и его химической природы. Если продукт находится в культуральной жидкости, то он, как правило, образует очень разбавленные растворы и суспензии, содержащие, помимо целевого, большое количество других веществ. При этом приходится разделять смеси веществ очень близкой природы, поэтому необходимо использовать методы, позволяющие провести разделение, например, тот или иной вид хроматографии.

Если целевой продукт локализуется в клетке, то необходимо использовать более сложный подход к его извлечению из клетки.

6.1.2. Общиепринципыразделениявеществ

Независимо от локализации целевого продукта, на первом этапе его очистки проводят отделение массы продуцента от жидкой фазы – сепарацию. Иногда сепарации предшествует специальная обработка – изменение рН, нагревание, добавление коагулянтов белков или флокуллянтов для более эффективного отделения биомассы и стабилизации продукта. Существует несколько способов сепарации.

Флотация (буквально – плавание на поверхности воды) – разделение мелких частиц и выделение капель дисперсной фазы из эмульсий. Основана она на различной смачиваемости частиц (капель) жидкостью (преимущественно водой) и на их избирательное прилипании к поверхности раздела, как правило, жидкость – газ (очень редко: твердые частицы – жидкость). Основные виды флотации – пенная, масляная и пленочная. Наибольшее распространение в биотехнологии получила пенная флотация, которая заключается в следующем: культуральную жидкость с биомассой микроорганизмов непрерывно вспенивают воздухом, подаваемым снизу вверх под давлением. Клетки и их агломераты «прилипают» к пузырькам тонкодиспергированного воздуха и всплывают вместе с ними, собираясь в специальном отстойнике. Этот метод идеален для сахаромицет (хлебопекарные дрожжи), которые

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие

280