Глик, Пастернак - Молекулярная биотехнология - 2002 (947307), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Это связано с существованием двух ре| уляторных механизмов, действующих по принципу обратной связи: накапливающаяся целлобиоза ингибирует гидролиз целлюлозы, а глюкоза ингибирует расщепление цешюбиозы. Ген ))-глюкозидазы вьшелили из грибов ТпсЬог(еггла гееае(, клонировали в мультикопийной плазмиде и вновь ввели в Т. ееезл'. Трансформированный штамм продуцировал )3-глюкозидазу в 5,5-кратном избытке и расц!спаял производное псллюлозы авипел (А»1се!) на 33% быстрее, чем нетрансформированный штамм. Это подтверждает данные о том, что ))-глюкозидаза облегчает ферментативное расщепление целлюлозы, и позволяет предположить, что лля создания более эффективных целлюлолитических микроорганизмов нужно встроить в уже существующие штаммы гены ()-глюкозидазьь Эндоглюкацазные гены можно использовать не только лля получения из цсллюлозных отходов полезных веществ, но и для других целей.
Если ввести ген эндоглюканазы, находящийся под контролем конститутивною промотора актинового юнадрожжей, в винные дрожжи, можно усилить аромат получаемого вина. Это связано с повышением содержания в пем как минимум !2 летучих соединений, в том числе Бнодсградацня н уп!лнзлция биомассы 30! этилпропионата, 2-бутанола, изоамилацстата, нзоамилонового спирта и изомасляной кислоты. С помощью такой генетической модификации можно стабилизировап, процесс ферментации и создать такие штаммы дрожжей, которые будут производгпь вина с определенными своиствами.
Исслеловалась также возможность использования целлюлаз при промышленной биопереработке бумажных отходов в этанол. Д!гя этого отходы частично расщепляли целл/олазами при 45 "С, а за~ем, не удаляя целлюлаз, проводили ферментацию выс/юбодившейся глюкозы с помощью Х сегеу/з/ае при 37 "С. Основываясь нн полученных результатах, рассчитали, что этот полхол позволит получить 400 л этанола из ! т бумажных отходов. Если все 100 мпн.
т бумажных отходов, ежегодно образующихся в Северной Америке, превраппь в этанол и использовать его в качестве топлива, можно сэкономить примерно 16% бензина. Белок о/!нок/!вечных организмов Белок одноклеточных организмов !БОО) — термин, принятый для обозначения белковых продуктов, синтезируемых монокультурой микробных клеток и используклцихся в качестве пищевых добавок или корма для скота. Вопрос об использовании микробной биомассы в качестве источгшка белка рассматривается вполне серьезно.
Это связано не только с лефицитол/ продовольствия в общемировом масштабе, но и с тем, что содержание белка в большинстве микроорганизмов весьма велико: на его полю приходится примерно б0 — 80% сухой массы клетки. Кроме то/о, благодаря высокому солержанию метионина, лизина, витаминов и важных минералов БОО обладает более высокой пи/ценой ценностью, чем некоторые виды пищи растительного и животного происхождения. Но широкое применение БОО слерживается по ряду причин. ° Высокое содержание нуклеиновых кислот, что может представлять опасность при некоторых патологических состояниях. ° Возможное присутствие в продуктах токсичных веществ, адсорбированных из субстрата (напримср, тяжелых металлов) или вырабатьпыемых самим микроорганизмом !например, микотоксинов), и связанная с этим необходимость проведения дорогостоящих контрольных анализов.
Низкая скорость разрушения микробных клеток в пип!еварительном тракте, что может вызвать расстройство пищеварения или аллсргичсские реакции. Более высокая стоимость БОО по сравнению с лругими белковыми продуктами, например с белками сои. Таб!ииа /3.9. Субстраты н микроорганизмы, использующиеся прн производстве БОО Еубссрлт Мнкраарсяннзм Мнлраарганнзм Цнанабпктсрнн Дражжн Дналснл услсралл Сыаарсп ил (!/лхчаза) Зрспч/сла палата К!иуисгап!усы //ах!1/х Оапдма Ьра!ум и Плие/аеаип сс//а/а/у/!сне Мс!Ьу/арЬ/!их гпс1Ьу/а/гарди! Алланы нефти цсллюлазныс отходы Дрожжи !'рабы Ыстлн (мстлнал) Вакхернн Для получения БОО использовали многие микроорганизмы !бактерии, дрожжи, грибы, водоросли, актиномццеты) и различные субстраты !табл.
!3.9). Впервые крупномасцпабное производство БОО было налажено в Германии во время Первой мировой войны; на патоке в качестве источника углерода и солях аммония в качестве источника азота выращивали Х сегер/л/ие и добавляли их в супы и колбасные изделия для повышения содержания белка. До 1973 г. нефть была довольно дешевым продуктом, а ее запасы считались практически неограниченными. В связи с этим сразу несколько крупных нефтяных компаний разработали проек~ по производству БОО из нефти и продуктов ес переработки.
Но цены на нефть росли, и интерес н этим проектам пропал. В 1970-х гг. компания 1/препа1 С))е/п!са! !пс!ця!г!ея (1С1) разработала непрерывный пропссс фермснтации метанола с помощью бактерии Ме!Ьу/орЫ/гз и/е/Ьу!аип//Ьиз для ком мерческого производства белка пругица. Эта бактерия использует метан (точнее, метанол) в качестве ос- 302 ГЛАВА 13 новного субстрата. В 1979 г. бьш построен завод с самым болыпим в мире работающим в непрерывном режиме эрлифтным ферментером, способным производить до 50 000 т БОО в гол.
Но несмотря на инвестиции! С1, составившие более 200 млн. долл., и серьезные инженерные и биотехнологические успехи, к 1987 г. ца этой установке было произведено лишь незначительное количество БОО, поскольку его получение с помощью М. тегл34оггодйлз оказалось невьподным. В последнее время интерес к БОО появился снова; теперь это связано с утилизацией различных отходов (например, целлюлозы и сыворотки). В одних случаях предполагается использовать природные микроорганизмы, в других — микроорганизмы, созданные методами генной инженерии. Но так или иначе, перспективы развития производства БОО будут определяться не природой микроорганизмов, а экономическими соображениями.
Возможно, рентабельность производства удастся повысить, если БОО будут получать из побочных продуктов утилизации отходов. Для того чтобы разработать экономичный процесс производства БОО из отходов, необходимо изучить кинетику роста, метаболизм, возможности генетического манипулирования и безопасность многих микроорганизмов, а также вкусовые качества синтезируемых ими продуктов. Разработан ноями подход, с помощью которого можно будет обеспечивать крупный рогатый скот белком, обогащенным незаменимыми аминокислотами. Простое добавление белков в корм — дорогостоящий и не особенно эффективный способ, поскольку белки и аминокислоты разрушаются бактериями рубца еше до того, как животное успеет их использовать. Кроме то~о, основное количество белка они получают нс с кормом; его поставляют присутствующие в рубце микроорганизмы.
Рапион животных можно обогатить, если направленно модифицировать эти бактерии. Для этого сначала был синтезирован белок с высоким содержанием остатков метионина, треонина, лизина и лсйцина. Оп состоял из 100 аминокислот, 57 из которых были незаменимыми, и имел стабильную и-спиральную конфигурацию. Затем с помошьк> 14 частично перекрывающихся олигонуклеогидов синтезировали его геп и сшили его с сеном бел- ка, связывающего мальтозу; полученный гибридный ген экспрессировали в Е. со!! под транскрипционпым контролем гас-промотора. На долю гибридного белка приходилось примерно 12% суммарного внутриклеточпого белка.
Теперь нужно выяспгггь, будет ли этот белок синтезироваться в достаточном количестве присугствуюшими в рубце бактериями. Если этот подход окажется успешным, то он станет основой уникальной системы непрерывного обеспечения крупного рогатого скота незаменимыми аминокислотами. ЗАКЛЮЧЕНИК Биодсградация — это процесс разрушения микроорганизмами веществ, загрязняющих окружающую среду.
Многие бактерии рода Рзеигуототь несут плазмиды, кодируюшие ферменты„которые катализируют расщепление ароматических и галогенсодержаших огранических соединений. В большинстве случаев одна плазмида содержит гены ферментов одного сне пифичного катабол ического пути. Объединяя плазмиды разных штаммов Ргеиг!отолгц в одном хозяине, можно создать организм, способный к деградации нескольких соелинений.
Кроме того, с помощью генетических манипуляций можно расширить спектр субстратов, разрушаемых с помощью определенного ферментативного пути. Под биомассой здесь понимается вся совокупность веществ и материалов, побочных продуктов пищевой и перерабатывающей промышленности„которая может служить сгярьем для получения ценных продуктов. Производство этанола или фруктозы из молотого зерна происходит в несколько фсрмснтативных стадий. У <аствуюшие в этих процессах ферменты часто используются однократно. Чтобы повысить эффективность фермснтативных реакций и снизить стоимость процессов, исследователи занимаются клонированием и исследованием свойств бактсриальных генов, кодируюших термостабпльные, обладающие высокой каталитичсской активностью и устойчивые к действию сгщрта ферменты.
Для повышения эффективности промышленно~о производства этанола в бактерию Биолегралация и утилизация биомассы ЗОЗ 2утотоггаз тоЬг//з были введены гены, благодаря экспрессии которых она могла использовать в качестве источника углерода широкий спектр соединений.
Г!редприняты первые шаги на пути создания штаммов /.асгоЬае!//гм р/ап/агат, способных эффективно расщеплять крахмал, содержащийся в большом количеспге в такой важной сельскохозяйственной культуре, как люцерна. При переработке растителыюго материала часто образуется большое количество лигноцеллюлозных отходов, которые раныце не находили применения. Сейсас лнгноцеллюлоза служи/ сырьем лля получения углеродсолержаших соединений, в первую очередь глюкозы, которые можно использовать в других процессах. Лигноце/пюлоза — это комплекс из лигнина, гсмнцеллюлозы и целлюлозы, не подверженный действию ферментов без предварительной обработки. Проводимые в последнее время исследования бьши направлены в основном на изучение механизма расщепления целлюлозы с образованием глюкозы.
Клонированы и охарактеризованы гены эндоглюканаз, экзоглюканаз и р-глюкозидаз многих микрооршннзмов, но пока не определен набор ферментов, осуществляющих масштабное эффективное расщепление псллюлозы ш и!го. Некоторые виды биомассы (например, сыворотка, целлюлознью отходы) и продукты переработки нефти могут служить субстратом при культивировании микроорганизмов. Предполагалось, что эти чистые кулыуры„а также их продукты (так называемый белок одноклеточных организмов, БОО) можно будет использовать в качестве пищевых добавок илн корма для скота. К сожалению, вследствие дороговизны получаемых проуктов, их невысоких вкусовых качеств, а иногда и токсичности производство БОО оказалось экономически нецелесообразным. Однако есть надежда, что с помогцью гег ернических манипуляций все-таки удастся создать систему, позволяющую получать дешевыс биологические добавки на основе БОО.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
