Химическая энциклопедия - микробиологический синтез

пром. способ получения хим. соед. и продуктов (напр., дрожжей кормовых), осуществляемый благодаря жизнедеятельности микробных клеток. Иногда к М. с. относят также пром. процессы, основанные на использовании иммобилизованных клеток (см. Инженерная энзимология).

Нек-рые продукты М. с., напр. пекарские дрожжи, давно использовались человеком, однако широкое применение М. с. началось в 40-50-х гг. 20 в. в связи с освоением произ-ва пенициллина. К этому же времени относится возникновение новой отрасли народного хозяйства микро-биол. пром-сти.

В М. с. сложные в-ва образуются из более простых в результате функционирования ферментных систем микробной клетки. Этим он отличается от брожения, в результате к-рого также образуются разл. продукты обмена в-в микроорганизмов (спирты, орг. к-ты и др.), но преим. в результате ферментативного распада орг. в-в.

М. с. использует способность нек-рых организмов размножаться с большой скоростью (выделены бактерии и дрожжи, биомасса к-рых увеличивается в 500 раз быстрее, чем у самых урожайных с.-х. культур) и к "сверхсинтезу" избыточному образованию продуктов обмена в-в (аминокислот, витаминов и др.), превышающему потребности микробной клетки. Такие микроорганизмы выделяют из прир. источников или получают их мутантные штаммы (напр., мутантные штаммы плесневых грибов продуцируют пенициллин в 100-150 раз быстрее, чем природные). В качестве продуцентов находят применение культуры, полученные методами генетич. инженерии, в к-рых функционирует чужеродный для них ген, напр.: в бактерии кишечной палочки (Escherichia соli)-ген гормона роста человека.

Для М. с. орг. соед. в качестве сырья применяют наиб. дешевые источники азота (напр., нитраты или соли аммония) и углерода (напр., углеводы, орг. к-ты, спирты, жиры, углеводороды, в т. ч. газообразные). М. с. включает ряд последоват. стадий. Главные из них-подготовка необходимой культуры микроорганизма-продуцента, выращивание продуцента, культивирование продуцента в заданных условиях, в ходе к-рого и осуществляется М. с. (эту стадию часто наз. ферментацией), фильтрация и отделение биомассы, выделение и очистка требуемого продукта (если это необходимо), сушка.

Ферментацию проводят в спец. реакторах (ферментерах), снабженных устройствами для перемешивания среды и подачи стерильного воздуха. Управление процессом может осуществляться с помощью ЭВМ. Наиб. удобно ферментацию осуществлять непрерывным способом-при постоянной подаче питат. среды и выводе продуктов М. с. Так производят, напр., кормовые дрожжи. Однако большинство метаболитов получают периодич. способом-с выводом продукта в конце процесса.

Для выделения и очистки в-в, получаемых с использованием М. с., используют экстракцию из водной фазы орг. р-рителями при разл. значениях рН, хроматографич. методы (в т. ч. ионообменную хроматографию), кристаллизацию,

осаждение. При выделении продуктов белковой природы (ферменты, токсины) предварительно осаждают белки сульфатом аммония или орг. р-рителями. Мн. операции по выделению проводят на холоду вследствие нестабильности нек-рых продуктов обмена в-в.

Ниже приведены наиб. важные продукты М. с.

А н т и б и о т и к и. Большинство антибиотиков накапливается вне клеток микроорганизма-продуцента, к-рыми в осн. являются актиномицеты, нек-рые грибы и бактерии (гл. обр. их мутантные формы). Антибиотики, употребляемые преим. в медицине, подвергаются высокой степени очистки. Антибиотики для лечения с.-х. животных имеют специфич. активность относительно наиб. распространенных для них заболеваний, напр. гельминтозов, кокцидиозов и др. Для добавки в корма обычно выпускают концентрат среды после выращивания в ней продуцента, иногда вместе с биомассой, содержащей значит. кол-во др. продуктов обмена в-в продуцента, в т. ч. витамины, аминокислоты, нуклеотиды и др.

А м и н о к и с л о т ы. Существ. преимущество М. с. аминокислот возможность их получения в виде прир. изомеров (L-форм). Продуцентами аминокислот служат гл. обр. мутанты, лишенные ряда ферментных систем, благодаря чему происходит сверхсинтез необходимого продукта. Обычно используют бактерии, относящиеся к роду Brevibacterium. Наиб. уд. вес среди аминокислот, вырабатываемых мировой пром-стью, занимают лизин и глутаминовая к-та. Получены мутанты микроорганизмов, способные к сверхсинтезу всех кодируемых аминокислот.

Н у к л е о з и д ф о с ф а т ы. Развитие М. с. нуклеотидов (ино-зиновой, гуаниловой и др. к-т) связано с перспективами получения искусств. пищи, где их используют в качестве вкусовых добавок. При введении в состав среды для культивирования микроорганизмов метаболич. предшественников продуктов синтеза можно получать практически все известные нуклеозидфосфаты, в т. ч. АТФ. Накопление ну-клеозидфосфатов происходит преим. вне клеток микроорганизмов.

В и т а м и н ы, п р о в и т а м и н ы, к о ф е р м е н т ы. Методом М. с. производят в осн. витамин В 12 и его коферментную форму. Продуцентами в этом процессе служат пропионо-вокислые бактерии. Для получения кормовых концентратов, содержащих витамин В 12, на отходах бродильной пром-сти (послеспиртовые, ацетоно-бутиловые барды и др.) применяют комплекс метанообразующих бактерий. Разработаны способы получения витамина В 2, р-каротина и дрожжей, обогащенных эргостеринами. При использовании соответствующих метаболич. предшественников возможен также М. с. никотинамидных коферментов, напр. никотинамидаде-ниндинуклеотида.

А л к а л о и д ы. Грибы рода спорыньи (Claviceps)-продуценты эргоалкалоидов, в основе строения молекул к-рых лежит гетероцикл эрголин. Нек-рые из этих алкалоидов (напр., эргометрин и эрготамин) используют как маточные ср-ва. Описаны также многочисл. продуценты др. алкалоидов.

Г и б б е р е л л и н ы. Их М. с. осуществляют при культивировании грибов, относящихся к классу аскомицетов (As-comycetes), напр. Gibberella fujikuroi. Выделяют гибберел-лины из фильтрата культуральной жидкости. По хим. природе все они являются теграциклич. карбоновыми к-тами, относящимися к дитерпенам.