Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
прикладная генетика и прикладная биология. Если не принимать в расчет
производства мыла, то первая же из числа возникших "технологий" такого
рода стала предшественницей прикладной микро'биологии. Наши предки не
имели представления о процессах, лежащих в основе таких технологий. Они
действовали скорее интуитивно, но в течение тысячелетий успешно
использовали метод микробиологической ферментации для сохранения пищи
(например, при получении сыра или уксуса), улучшения вкуса (например,
хлеба и соевого соуса) и производства спиртных напитков. Пивоварение до
сих пор остается наиболее важной (в денежном исчислении) отраслью
биотехнологии. Во всем мире ежегодно производится около 10й литров пива
стоимостью порядка 100 млн. фунтов стерлингов. В основе всех этих
производств лежат реакции обмена веществ, происходящие при росте и
размножении некоторых микроорганизмов в анаэробных условиях. В конце XIX
в. благодаря трудам Пастера были созданы реальные предпосылки для
дальнейшего развития прикладной (технической) микробиологии, а также в
значительной мере и биотехнологии. Пастер установил, что микробы играют
ключевую роль в процессах брожения, и показал, что в образовании
отдельных продуктов участвуют разные их виды. Его исследования послужили
основой развития в конце XIX и начале XX вв. бродильного производства
органических растворителей (ацетона, этанола, бутанола и изопропанола) и
других химических веществ, где использовались разнообразные виды
микроорганизмов. Во всех этих процессах микробы в бескислородной среде
осуществляют превращение углеводов растений в ценные продукты. В качестве
источника энергии для роста микробы в этих условиях используют изменения
энтропии при превращениях веществ. Совсем иначе обстоит дело в аэробных
процессах при контролируемом окислении химических веществ до углекислого
12
Глава 1
газа и воды. При этом организмы извлекают гораздо больше энергии.
Процессы такого рода, в которых биомасса, т. е. возобновляемый источник
сырья, используется для получения химических веществ, играли ведущую роль
на первом этапе развития современной биотехнологии. По мере становления
нефтехимии на смену многим из них пришли химические процессы. В тех
случаях, когда некоторые химические соединения, например цитрат, ацетат и
итаконат, широко использовались при производстве пищевых продуктов, их
продолжали получать путем брожения, самым выгодным с экономической точки
зрения путем. В некоторых странах (например, в Италии) таким способом
вырабатывали даже технический этиловый спирт. Сегодня под влиянием
энергетического кризиса производство спирта из растительного сырья
получает все более широкое распространение в США и Бразилии и, видимо,
вскоре выйдет на первый план в странах Дальнего Востока.
Рис. 1.2. Переключение спиртового брожения у дрожжей на образование гли-
церола.
Возвращение к производству органических соединений путем брожения вполне
возможно, но в Европе это будут скорее всего лишь наиболее дорогостоящие
вещества. Очевидным исключением здесь может быть превращение в
технический спирт винных рек ЕЭС. Это, конечно, странная политика,
странная биотехнология и по меньшей мере необычная экономика,
предлагающая химической промышленности нечестные условия соревнования.
На рис. 1.2 показано, какие биохимические реакции лежат в основе одного
из первых процессов "современной" биотехно-
Сахара
I
Дигидрокси-
ацетонфосфат
-NADH NAD* 1
Реакции Эмбдена-Мейергофа
Что такое биотехнология?
13
логии. Этот рисунок представляет определенный интерес в связи с тем, что
он иллюстрирует "инженерный" принцип модификации нормального метаболизма
дрожжей при образовании ими спирта. При добавлении бисульфита к
сбраживаемой среде аце-тальдегид не может выступать в роли акцептора
восстановительных эквивалентов, образующихся в реакциях пути Эмбде-на -
Мейергофа. В результате таким акцептором служит фос-фодиоксиацетон, а
вместо этилового спирта образуется глице-рол. Этот процесс оказался
особенно ценным, когда в ходе первой мировой войны возросли потребности в
глицероле (его использовали для производства взрывчатых веществ).
Следующим важным этапом в развитии биотехнологии хозяйственно ценных
веществ была организация промышленного производства антибиотиков.
Отправной точкой здесь послужило открытие Флеммингом, Флори и Чейном
химиотерапевтической активности пенициллина (1940 г.). Сегодня годовой
оборот этой отрасли составляет около 2 млрд. фунтов стерлингов.
Как получение химических соединений и пищевых добавок путем брожения, так
и синтез антибиотиков всегда велись в асептических условиях, но некоторые
современные процессы (например, образование белка одноклеточными
организмами) осуществляют в еще более жестком режиме. Обеспечение таких
особых условий - многоплановая задача. Она решается инже-нерами-химиками
и микробиологами (подробнее об этом будет рассказано в гл. 10). С другой
стороны, использование микроорганизмов при переработке отходов (гл. 6) не
