ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ №6

Змістовний модуль 4. Мікроорганізми в біотехнологічному виробництві.

Тема 4.2 Мікроорганізми в біотехнологічному виробництві і сільському господарстві

Мета: Набути знань про різноманіття мікроорганізмів та спектр фізіоло-біохімічних властивостей і здійснюваних ними процесів.

План

1. Мікроорганізми і екобіотехнологія.

2. Мікроорганізми в біотехнологічному виробництві.

а) виробництво білків;

б) виробництво вітамінів;

в) виробництво антибіотиків;

г) мікробіологічне виробництво біологічно активних білків і гормонів;

д) біотехнології засновані на використані ферментів.

3. Використання мікроорганізмів в сільському господарстві.

Мікробіологічний синтез різних речовин відіграє кінцеву роль в біотехнологічному виробництві. Початок сучасноі промисловоі біотехнологіі бу-ло покладено в 40-х роках, коли налагодили виробництво пеніцілінів методами ферментації. Зараз мікроорганізми продукують багато видів сполук – амінокислот, антибіотиків, білків, вітамінів, ліпідів, полісахаридів, пігментів, цукрів, ферментів і т. д.

Виробництво харчових білків та амінокислот.

Вже давно мікроорганізми використовувалися як джерело білку в харчу-ванні людини та тварин. Ще в роки першої світової війни один із основополпж-ників молекулярної біології Макс Деельбрюн з колегами в Німеччині(в 1937 році він перххав вСША)розробили перший технологічний процес промислового куль-тивування певних дріжджів для їх додавання в супи таковбаси. Білки, які прдуку-ються в харчових цілях, отримали назву білки одноклітинних організмів(БОО).

На першому етапі вякості сировини для мікроорганізмів використовува-ли в основному вуглеводи нафти. Потім інтерес був проявлений до інших суб-стратів, перш за все до природніх газів. Як субстрат для отримання БОО викори-стали промислові відходи(молочну сироватку- побічний сироваріння, патоку, відходи спиртових заводіві т. д. ). Розроблені промислові лінії для виробництва і переробки мікроводоростей з метою отримання БОО.Об*єм дріжджової біомаси, отриманої в світі в 1985 р. перевищував 1 млн. т. В 90- х роках він зростає в 2 рази.

Виробництво БООмає суттєві переваги перед виробництвом білку в тваринництві чи рослинництві. 500 кг дріжджів виробляють за добу 800 кг білку, а у бичка той же добовий привіс білку складає в кращому випадку 500 г білку. Про-те БОО використовують в основному як корм худобі, і лише в майбутньому мож-ливе використання БОО для харчових продуктів людини.Перспективні в цьому відношенні культивування деяких водоростей (Fuusarium, (зелених водоростей (Clorella), ціанобактерій(Spiruuuulina), які мають адекватні для людини органо-лептичні властивості. Зараз вже налагоджено виробництво на базі крохмалю волокнистої маси Fuuusarium як джерело клітковини для людини.

Зміни в генах, здійснюються за допомогою генетичної інженерії, можуть модифікувати структуру та покращувати властивості харчових білків. Найбільший інтерес в плані таких маніпуляцій привертають увагу до себе 3 види білків тварин та рослин:овальтумін курей, який складає більшу частину білка яй-ця((54%), казеїн(головна фракція в молоці) та білки сої(42% в бобах). Наприк-лад, маніпуляції з кодуючою частиною гену k-казеїну, в результаті яких із білка елімінувався фрагмент, розташований між 9- ю та 17-ю амінокислотами, а також цистеїн, який приймав участь в утворенні дисульфідного зв*язку, в результаті чого новий білок як харчовий продукт став більш якісним.

Згідно літературних даних до 2000р. білки із зміненими властивостями, отримані в результаті цілеспрямованої модифікації і структури кодуючих їх генів, будуть складати приблизно 4% всіх білків, які споживаються, на суму 15 млрд. доларів. Загальна кількість харчових продуктів, отриманих з допомогою біотехнології в кінці 20 ст. збільшиться по оцінках спеціаластів в 10 разів.

Біотехнологія мікроорганізмів спрямована на виробництво амінокислот, зокрема незамінимих, які можуть бути корисними добавками тварин та людини. Серед незамінимих амінокислот, промислове виробництво вже давно налагод-жено, зокрема в цьому виробництві зацмає перше місце лізин, треонін, глу-тамінова кислота. Отримані штами мікроорганізмів Brevibaeferium flavum, які пер-творюють лізин більше однієї третьої цукрів, які містяться в культурованій рідині. В СРСР в ВНДі Гентики та селекції промислових мікроорганізмів з допо-могою генно-інженерних методів сконструйовані високопродуктивні штами E. coli, продуценти L-треоніну, L-лізину, L-триптофану, які активно використовуються у промисловості.

Інтерес до мікробіологічного виробництва амінокислот викликаний також і тим, що вони дозволяють отримувати L-амінокислоти в чистому виді, тоді як при хімічному синтезі отримують рацимічні суміші L, D, амінокисслот. Останні не входять у склад природніх білків(лише в пептидах клітинних стінок мікроорганазмів, зокрема пептидах, які є антибіотиками. )