4.4.2 Получение промышленно важных стероидов

К стероидам относится большая группа биологически важных соединений, среди которых – половые гормоны, сердечные гликозиды, желчные кислоты, витамины, алкалоиды, регуляторы роста растений. В основе стероидов лежит скелет пергидроциклопентанофенантрена.

Процессами биотрансформации называют реакции превращения исходных органических соединений (предшественников) в целевой продукт с помощью клеток живых организмов или ферментов, выделенных из них. Способность клеток микроорганизмов к высокоспецифичной биотрансформации используется в производстве стероидов. Использование абсолютной стереоспецифичности и субстратной специфичности ферментов клеток позволило разработать условия осуществления множества химических реакций для структурных перестроек стероидов. В результате были получены новые соединения с лучшими фармакологическими свойствами. Биотрансформация стероидов обычно заключается в селективном воздействии на одно из положений стероидного скелета.

Значимость разработанной микробной трансформации определяется тем, что процессы гидроксилирования прогестерона и его производных лежат в основе промышленного синтеза многих ценных продуктов: противовоспалительных и противоопухолевых препаратов, транквилизаторов, анестезирующих средств, половых гормонов и др.

Кроме биотрансформации, стероидные гормоны можно получать с помощью культур клеток растений. Например, культура клеток корня растения диоскореи дельтовидной (Dioscorea deltoidea) продуцирует фитостерин, диосгенин и его гликозидные производные (сапонины). Существенно, что способность к сверхсинтезу фуростаноловых гликозидов ряда штаммов диоскореи, например, штамма ДМ-ОГ, стабильно поддерживалась в течение 27 лет. Таким образом, культивирование клеток растений in vitro представляет собой новое решение проблемы промышленного получения вторичных метаболитов.

В дальнейшем для производства стероидных гормонов прогнозируется применение иммобилизованных клеток, использование оптимального сочетания биологических и химических превращений, а также совершенствование технологии очистки получаемых соединений.

5 Биоиндустрия ферментов

5.1 Область применения и источники ферментов

Производство ферментных препаратов занимает одно из ведущих мест в современной биотехнологии. Постоянно увеличивается объем их выпуска и расширяется сфера применения. Ферменты являются высокоактивными нетоксичными биокатализаторами белкового происхождения. Их преимуществом перед химическими катализаторами является действие при нормальном давлении, температуре от 20 до 70 ºС, рН от 4 до 9. Они имеют высокую субстратную специфичность, что позволяет в сложной смеси субстратов направленно воздействовать только на определенные соединения.

Согласно принятой классификации и номенклатуре сейчас идентифицировано около 2000 ферментов. Промышленно выпускается около 250 наименований, причем 99 % общей суммы реализации ферментных препаратов приходится только на 18 ферментов.

Наибольший удельный вес среди выпускаемых препаратов занимают протеиназы, широко используемые в синтетических моющих средствах, и амилазы для переработки крахмала. Эти два вида препаратов составляют 60 % общего объема выпуска ферментных препаратов за рубежом.

Другими крупными отраслями – потребителями ферментов, являются

– производство вин и соков 10 %;

– производство спирта 8 %;

– сыроделие   5 %;

– хлебопечение 5 %;

– пивоварение 6 %;

– прочие отрасли   6 %.

В России, кроме того, ферменты внедряются в кормопроизводство.

Особое место в общем объеме производства ферментов занимают высокоочищенные ферментные препараты. Их доля в общем объеме очень мала, так как технология сложна, требует больших материальных затрат и времени. Эти препараты очень важны для медицины, аналитических целей и научных исследований.

Ферменты присущи всем живым существам, однако для их выделения используют только те природные объекты, в которых содержание используемого энзима составляет не менее 1 %.

Источниками ферментов могут быть:

1) проросшее зерно различных злаков (солод) – для получения амилаз, латекс фикусовых, дынного дерева – для получения протеиназ;

2) отдельные ткани и органы животных (поджелудочная железа, слизистые оболочки желудков и тонких кишок, сырный сычуг крупного рогатого скота);

3) микроорганизмы. В специфических условиях микроорганизмы способны синтезировать огромное количество ферментов. Они легко переключаются с синтеза одного фермента на другой, имеют короткий цикл роста (от 16 до 100 ч). Для промышленного получения ферментов используют как естественные штаммы, так и полученные с помощью мутагенеза, селекции и индукции биосинтеза.

Ферменты способны синтезировать бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты; микроорганизмы могут быть моно- или полиферментами.