Біотрансформація

Мікроорганізми здатні здійснювати реакції трансформації (зміна окремих ділянок у молекулах органічних речовин), перетворюючи ті або інші сполуки в нові продукти. Умови протікання цих реакцій м'які, і в багатьох випадках мікробіологічні трансформації переважають над хімічними.

Приклад існуючих великомасштабних промислових біоконверсій – виробництво оцту з етанолу, глюконової кислоти із глюкози. Широко використовується мікробна модифікація стероїдів, які є складними поліциклічними ліпідами. Тепер з використанням біоконверсії одержують кортизон, гідрокортизон, преднізолон і цілий ряд інших стероїдів. Застосування й удосконалення мікробної технології в сотні разів знижує собівартість виробництва стероїдів.

На відміну від процесів біосинтезу й бродіння, у яких бере участь велика кількість ферментів, у мікробіологічній трансформації, як правило, працює один певний фермент, який каталізує окислення, декарбоксилювання, метилювання або яку-небудь іншу реакцію. Щоб провести трансформацію якої-небудь речовини, спочатку розмножують культуру відповідного мікроорганізму до кількості, рівної 5 –10% обсягу розчину, який піддають трансформації. Розчин для трансформації речовини виготовляють, з огляду на те, що в ньому потрібно розчинити максимально можливу кількість речовини, яка трансформується (10 – 25%), і потрібно використати мінімальну кількість необхідних для розвитку культури поживних солей, у такому вигляді, щоб не було ускладнено хімічне виділення речовини. Якщо речовина, що піддається трансформації, не розчиняється у воді, її попередньо розчиняють у нейтральному органічному розчиннику й потім, при інтенсивному перемішуванні, змішують із основним середовищем. Трансформацію ведуть у стерильних умовах при оптимумі рН, температури й інших умов. Тривалість процесу триває 1 – 2 доби. Після мікробіологічної трансформації наступає другий етап – хімічне виділення речовини з розчину. Процеси мікробіологічної трансформації органічних сполук можна розділити на такі групи:

• реакції окислення: гідроксилювання неактивованого карбону, окислення алкенів, окислення аллільної групи, мікробіологічне гідроксилювання ароматичного кільця, окислення ароматичних сполук із розривом кільця, β-окислення жирних кислот, дегідрування, окислення карбінольної групи в карбонільну й карбоксильну, альдегідної в карбоксильну, метильної у карбоксильну, дегідрогенізація циклічних спиртів, окислення аміногрупи в нітрогрупу, окислення циклоалканів до циклокетонів, змішані типи окислення;

• реакції відновлення: відновлення альдегідів до первинних спиртів, відновлення кетонів і дикетонів, гідрування подвійних зв'язків, відновлення нітрогрупи, відновлення первинних і вторинних спиртів, трансформація альдегідів у меркаптосполуки й ін.;

• декарбоксилювання: декарбоксилювання органічних кислот з утворенням кінцевої метильної групи, окислювальне декарбоксилювання кетокислот з утворенням карбонових кислот, відновне декарбоксилювання кетокислот у спирти, декарбоксилювання амінокислот з утворенням амінів й амінокислот, перетворення моноамінокислот у спирти й оксикислоти, змішані типи декарбоксилювання;

• реакції дезамінування: амінокислот у карбонові кислоти, амінокислот у кето- і оксикислоти, амідів у спирти, окисне дезамінування амінів в альдегіди й кетони, амінів до відповідних карбонових кислот і змішані типи дезамінування;

• утворення глікозидів, наприклад синтез мальтози із глюкози дріжджами;

• гідроліз: омилення ефірів, гідроліз глікозидного зв'язку, гідроліз амідів, гідроліз білків й ін.;

• реакції метилювання;

• етерифікація, у тому числі фосфорилювання й ацетилування;

• дегідратація;

• реакції конденсації;

• амінування й амідування;

• реакції диметоксилювання;

• нуклеотизація;

• галогенування;

• деметилювання;

• асиметрізація;

• рацемізація;

• ізомеризація.

Підбір культур мікроорганізмів для мікробіологічної трансформації певних сполук за заданим типом реакції здійснюється емпіричним шляхом.