Биология в 3 томах. Tом 2 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003686-5
Скачать (прямая ссылка):
Теряется время между периодами наращивания культуры, которое могло бы использоваться для продукции
В процессе ферментации меняются условия в ферментере. Истощаются питательные вещества и накапливается продукт. Увеличивается выход тепла, продукция кислоты или щелочи, поглощение кислорода. Таким образом, постепенно условия становятся неблагоприятными, и скорость роста постепенно снижается. См. график нарис. 12.8
Непрерывное культивирование
Более контролируемо. Цель — поддержание постоянных условий окружающей среды. Питательные вещества добавляются по мере использования, продукт удаляется по мере накопления
Продуктивность выше, поскольку нет перерывов (непрерывный процесс). Поэтому более высокая стоимость процесса оправдывает себя в некоторых ситуациях
Достигнутая оптимальная (максимальная или экспоненциальная) скорость роста постоянно поддерживается
Можно использовать ферментеры меньшего размера, поскольку выход продукции выше
Больше подходит для производства биомассы. Используется также для производства этанола, синтез которого пропорционален скорости роста
Спрос на рабочую силу более регулярный
Выше риск загрязнения, хотя при хорошей конструкции эта проблема может быть решена
Контроль более сложный
При использовании в пивоварении выход продукции был выше, однако ее качество ухудшалось
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2
диться либо в жидкой фазе в растворенном состоянии, либо внутри клеток.
Имеется целый рад биохимических методов разделения и очистки, таких как высушивание, хроматография, экстракция растворителем и дистилляция. Важность процессов дальнейшей переработки наглядно демонстрирует тот факт, что на заводе компании EH Lilly, производящем инсулин, этим занимается около 90% из 200 человек персонала. Методы, которые используются на стадиях дальнейшей переработки в производстве пенициллина и микопротеина, рассматриваются соответственно в разд. 12.11.1 и 12.12.3.
12.11. Продукция медицинского назначения
Одним из наиболее успешных и экономически выгодных направлений микробиологической промышленности является производство медицинских препаратов. Обычно они эффективны в относительно малых количествах и имеют довольно высокую стоимость. Получение их в ферментерах позволяет снизить себестоимость. В последующих разделах рассматриваются наиболее эффективные методы получения медикаментов.
12.11.1. Производство пенициллина
Производство антибиотика пенициллина — хороший пример использования периодического
12.9. Что такое а) антибиотик,
б) периодическое культивирование с добавлением субстрата,
в) вторичный метаболит?
культивирования с добавлением субстрата для получения вторичного метаболита.
С момента открытия в 1928 г. (разд. 12.10,2) пенициллин спас, возможно, миллионы жизней. Впервые он был использован в широких масштабах во время второй мировой войны, когда его применяли главным образом для лечения солдат, страдающих гонореей — заболеванием, которое передается половым путем. Когда
_Микробиология и биотехнология 69
антибиотик стал доступен в больших количествах, его стали использовать для лечения болезней, более опасных для жизни, таких как пневмония. До использования антибиотиков смертность от пневмонии достигала 30%. Действие пенициллина связано с подавлением синтеза клеточной стенки у некоторых бактерий, в особенности у грамположительных бактерий (разд. 2.3.1, клеточная стенка). Погибают только растущие клетки. Некоторые бактерии содержат плазмиды, которые делают их устойчивыми к пенициллину (разд. 2.3.1, плазмиды). К настоящему времени известно несколько сотен пени-циллинов, молекулы которых имеют одну и ту же базовую структуру, но различные боковые цепи. Некоторые из них являются синтетическими, некоторые — полусинтетическими, некоторые — природного происхождения. Они имеют разную специфичность; другими словами, они различаются по эффективности воздействия на разные бактерии. Это является хорошим стимулом для поиска альтернативных форм антибиотика.
Направленный скрининг подходящего штамма гриба Penicilliwn, из которого выделили пенициллин, был впервые предпринят в начале второй мировой войны в США, несмотря на то, что Флеминг открыл пенициллин в Англии (у Penicillium notatum). Поиск был организован ученым из Оксфордского университета сэром Говардом Флори (H. Florey), которого поддержали американцы, располагавшие большими ресурсами. Были исследованы культуры и образцы почв со всего света, однако оказалось, что наибольшей продуктивностью обладает штамм Penicillium chrysogenum, который вырос на заплесневелой дыне, купленной на местном рынке. С тех пор благодаря селекции высокопродуктивных мутантных штаммов, а также разработке методов культивирования, выделения и очистки, производство пенициллина возросло примерно в 2000 раз.
Решающее значение имеет состав среды, используемой в процессе ферментации. Предпочтительным источником углерода является глюкоза. Глюкоза обеспечивает рост гриба, однако подавляет продукцию ферментов, необходимых для синтеза пенициллина. Поэтому обычно стимулируют быстрый рост гриба в первые 30—40 ч, а затем добавляют глюкозу в низкой концентрации либо контролируемыми дозами, либо постоянно (т. е. это периодическое культивирова-
