Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Медицина arrow Инженерная биотехнология: основы технологии микробиологических производств

ВВЕДЕНИЕ В МИКРОБИОЛОГИЮ

Биотехнологические процессы основываются на функционировании либо клеток, либо изолированных из них биологических структур, чаще всего ферментов. В производствах большинства органических кислот и аминокислот, растворителей, ферментов, полисахаридов и т.д. — ферментационный процесс реализуют, используя активные, специально селекционированные культуры микроорганизмов. Культуры микроорганизмов применяют также при тонком биосинтезе антибиотиков, витаминов, гормонов. Даже если процесс ферментации осуществляют биологические агенты, полученные методами генной и клеточной инженерии, важно знать общие закономерности жизнедеятельности клетки, чтобы управлять их ростом и метаболизмом и получать целевой продукт с максимальным выходом и при высокой интенсивности процесса ферментации. Именно поэтому мы считаем, что биотехнология начинается с познания живой клетки и законов управления процессами жизнедеятельности.

ЖИВАЯ КЛЕТКА - ОСНОВА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Эволюция жизни на нашей планете привела к возникновению чрезвычайно большого разнообразия живых существ. По химическому составу они очень сходны: основные компоненты всякой клетки — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), рибонуклеиновая кислота (РНК), белки, липиды, фосфолипиды, углеводы и др. Однако имеются заметные различия между клетками бактерий и цианобактерий, с одной стороны, и животными и растительными клетками (включая также микроскопически малых представителей) — с другой. Бактерии и цианобактерии (сине-зеленые водоросли), не имеющие окруженного мембраной ядра и других окруженных мембраной внутриклеточных органелл, называют прокариотами. Клетки животных, растений, водорослей, грибов и простейших имеют истинное ядро, в котором находится ДНК в виде хромосом, и другие органеллы, например митохондрии и хлоропласты (у растений). Такие организмы, в том числе и одноклеточные с подобной организацией клеток, называют эукариотами.

Условно к живым существам можно отнести вирусы, которые не способны размножаться самостоятельно и их репродукция может происходить только внутри живых клеток.

Первичным источником энергии для биологических процессов является Солнце. Каждую секунду оно излучает такое количество энергии, которое эквивалентно примерно 4 млн т массы. Часть солнечной энергии доходит до Земли в виде фотонов света (квантов) — дискретной электромагнитной энергии, из которой только от 0,1 до 1,0% используется фотосинтезирующими организмами. Но даже из этого количества усвоенной энергии в течение года в процессе фотосинтеза образуется 164 млрд т органической массы.

Фотосинтезирующие организмы, используя солнечную энергию, отщепляют от молекулы воды водород и выделяют кислород. В процессе фотосинтеза из диоксида углерода и воды с использованием солнечной энергии образуются органические вещества, в первую очередь глюкоза.

Солнечный свет как источник энергии могут использовать также пурпурные и зеленые бактерии. Эти бактерии не способны использовать водород воды и поэтому не выделяют 02. Донорами водорода для этих клеток служат Н28, Н2 или органические вещества. У данных бактерий фотосинтез осуществляется через бактериохло-рофиллы, а их красная и оранжевая окраска обусловливается каротиноидами.

В природе встречаются также микроорганизмы, которые способны синтезировать органические соединения из С09 без помощи хлорофилла и без прямого использования солнечной энергии. Источником энергии здесь служит энергия окисления неорганических веществ. К таким хемосинтезирующим микроорганизмам относятся нитрифицирующие бактерии, которые, окисляя аммиак до азотистой кислоты, высвобождают необходимую для синтеза энергию. К хемосинтетикам относятся также водородные бактерии, получающие энергию в процессе окисления молекулярного водорода. Водородные бактерии, культивируемые в питательной среде, которая содержит минеральные вещества и смесь газов Н2, 02 и С02, дают богатую белками микробную массу. Так как Н2 и 09 можно получить электролизом воды, пригодную для целей питания и животноводства органическую массу можно добывать из минеральных веществ, воды, воздуха и электроэнергии.

Как известно, микроорганизмы, которые способны сами синтезировать органические вещества из С07 в процессе хемо- или фотосинтеза, называют автотрофными, а микроорганизмы, для существования которых необходимы уже готовые органические вещества, — гетеротрофными. В круговороте углерода в природе принимают участие как авто-, так и гетеротрофные организмы, причем существует определенное равновесие между фиксирующими С09 фотосинтезирующими организмами (главным образом растениями) и микроорганизмами, разрушающими органические соединения.

К наиболее распространенным в природе и широко используемым в микробиологической промышленности группам относятся микроскопические грибы (дрожжи и плесени), актиномицеты (образуют подобие мицелия), а также бактерии. Размеры их клеток обычно 0,5—10,0 мкм, они хорошо видны в световом микроскопе. Размер вирусов колеблется от 10 до 100 нм, а вироиды и того меньше. В клетках бактерий паразитируют бактериофаги, или вирусы бактерий. Они не видны в обычном световом микроскопе.

В биотехнологии широко используют также культуры клеток и тканей животных и растений, техника работы с которыми во многом сходна с техникой работы с микроорганизмами [2; 14].

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы