Продуценты биологически активных веществ

План лекции
Биологически активные вещества
Свойства продуцентов биологически активных веществ
Основные показатели для оценки практической полезности продуцента
2

БАВ
Микроорганизмы синтезируют значительный набор самых разнообразных биологически активных веществ. Большинство этих веществ необходимы для осуществления протекающих в клетке процессов и построения тела микроорганизма.
Среди разнообразных соединений, синтезируемых микроорганизмами, многие представляют практический интерес для медицины, пищевой промышленности, сельского хозяйства, легкой промышленности.

Некоторые ферменты и области их применения

Свойства микроорганизмов - продуцентов
Микробная культура — продуцент определенного биологически активного соединения —главный компонент в процессе микробного синтеза.
Основные свойства продуцента зависят от его таксономического положения. Однако в пределах вида наблюдаются довольно значительные штаммовые отличия.
Главным критерием полезности продуцента является его активность, способность к сравнительно высокому накоплению искомого вещества.
В реальных условиях конкретного технологического процесса не менее важное значение имеют такие свойства продуцента, как способность использовать различные источники углерода, потребность в дополнительных факторах роста, чувствительность к сопутствующим соединениям, вносимым в питательную среду одновременно с источником углерода, азота и дополнительных факторов роста.

Основные показатели для оценки практической полезности продуцента
1. Безвредность:
1) для потребителя;
2) для производственного персонала;
3) для окружающей среды.
2. Активность биосинтеза:
1) накопление других (не целевых) биологически активных веществ;
2) фаза и скорость накопления продукта;
3) удельная скорость роста.
3. Отношение к различным источникам углерода:
1) степень использования источника углерода;
2) способность роста при повышенных концентрациях источника углерода.
4. Отношение к различным источникам азота.
5. Потребность в дополнительных факторах роста и биосинтеза.
6. Чувствительность к сопутствующим веществам в сырье.
7. Потребность в кислороде.
8. Оптимальное значение рН и чувствительность к колебаниям рН среды.
9. Оптимальная температура.
10. Проницаемость клеточной оболочки.
11. Возможность применения антибиотиков или химических соединений для подавления посторонней микрофлоры.
12. Стабильность и фагоустойчивость.

Среди выделенных из различных источников штаммов микроорганизмов найдены многие активные и производственно ценные продуценты БАВ. Однако наиболее высокопродуктивные штаммы во многих случаях получены с помощью различных физических и химических мутагенов.

ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ ПРОДУКТОВ И ШТАММОВ
Скрининг новых продуктов. Одна из важнейших задач современной промышленной микробиологии состоит в разработке методов получения новых продуктов. При скрининге новых продуктов в культуральной жидкости в качестве кандидатов может выступать более 100 тыс. веществ. В результате первоначального скрининга оставалось ~ 10 тыс., а после вторичного — ~ 1 тыс. веществ; химическая характеристика давалась ~100 веществам, а биологической полезностью обладали ~10 продуктов.

Требования, предъявляемые к промышленным штаммам
В целом из более чем 100 тыс. известных видов микроорганизмов в промышленности используют тысячи штаммов относительно небольшого числа видов, хотя полезные для людей продукты образуют несколько сотен видов. Почему? Потому что для применения на практике штамм должен отвечать ряду строгих требований.
Он должен:
1) расти на дешевых субстратах;
2) обладать высокой скоростью роста или давать высокий выход продукта за короткое время;
3) синтетическая активность должна быть направлена в сторону желаемого продукта при низком образовании побочных продуктов;
4) быть стабильным в отношении продуктивности, требований к условиям культивирования;
5) быть безвредным для людей и окружающей среды. Например, только три наиболее важных и хорошо изученных штамма за рубежом включают в категорию safe-микробов (безвредных, безопасных). Они могут быть использованы как источники ферментов для пищевой промышленности. Это Aspergillus oryzae, Asp. niger u Вас. subtilis; пять штаммов, включая три уже упомянутых плюс Sacch. Cerevisiae u Kluyveromyces fragilis, включают в категорию gras-организмов (generally recognised as safe, обычно определяемых как безопасные);
6) быть фагоустойчивым;
7) желательно использование термофильных, ацидофильных или алкалофильных штаммов, что облегчает поддержание стерильности в производстве.

Каковы же принципы отбора продуцентов?
Они различны в зависимости от степени сложности синтеза полезного продукта. Если речь идет о синтезе антибиотиков, в который вовлечены сотни генов, а путь синтеза часто не ясен, то главным критерием отбора служит способность организма продуцировать в заметном количестве антибиотик.
В последние годы методами генетической инженерии сконструированы новые штаммы плесневых грибов, способных к сверхсинтезу пенициллина и других вторичных метаболитов.
Гены различных грибов выделяют, идентифицируют и клонируют.
В природе трудно найти мутант, образующий в избыточном количестве необходимый метаболит, поскольку такой мутант обычно нежизнеспособен. Поэтому природные штаммы подвергают индуцированному мутагенезу и ступенчатому отбору.