Области применения биотехнологического синтеза

Введение.

Во многих областях промышленности контроль безопасности выпускаемой продукции является важнейшей задачей. В первую очередь это пищевые и фармацевтические производства, некачественная продукция которых, может нанести вред здоровью человека.

Продукты микробного синтеза часто присутствуют на предприятиях пищевой и химической промышленности. Они могут выступать в качестве сырья, например молочнокислые бактерии, отвечающие за сбраживание молока. Но так же часто микроорганизмы выступают в качестве продуцентов веществ, получить которые иными способами невозможно, либо скорость их образования слишком мала. Область применения биотехнологического синтеза очень и широка. Поэтому контроль за безопасностью продуктов биотехнологического синтеза должен вестись на всех стадиях производства для обеспечения безопасности готовой продукции.

Безопасными для здоровья потребителя принято считать продукты, не содержащие токсичных веществ.

Санитарными нормами и гигиеническими нормативами используются следующие определения:

Качество пищевых продуктов – совокупность характеристик пищевых продуктов, способных удовлетворять потребности человека в пище при обычных условиях их использования.

Безопасность пищевых продуктов – состояние обоснованной уверенности в том, что пищевые продукты при обычных условиях использования не являются вредными и не представляют опасности для здоровья нынешнего и будущих поколений.

Удовлетворение качества и безопасности пищевых продуктов – документ, в котором изготовитель удостоверяет соответствие качества и безопасности каждой партии пищевых продуктов, требованиям нормативных, технических документов.

Таким образом, пищевые продукты должны удовлетворять физиологические потребности человека в необходимых веществах и энергии, отвечать обычно предъявляемым к пищевым продуктам требованиям в части органолептических и физико-химических показателей и соответствовать установленным нормативными документами требованиям к допустимому содержанию химических, радиоактивных, биологических веществ и их соединений, микроорганизмов, представляющих опасность для здоровья нынешнего и будущих поколений.

Список использованной литературы и интернет источников

1. www.meduniver.com

2. www.cbio.ru

3. Общая биотехнология. Лабораторный практикум: учеб. пособие/ 0-28 И. В. Шакир, А. А. Красноштанова, Е. В. Парфенова, Н. А. Суясов, Е. С. Бабусенко, В. Д. Смирнова. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2008. – 120 с.

4. Быков В.А. Микробиологическое производство биологически активных веществ и препаратов./В.А. Быков, И.А. Крылов, М.Н. Манаков и др.¾ М.: Высшая школа, 2009. ¾142 с.

5. Кефели В.И. Биотехнология: курс лекций./В.И. Кефели, Г.А. Дмитриева.¾ Пущино, 2011. ¾96 с.

6. Лещинская И. Б. Микробная биотехнология./И.Б. Лещинская, Б.М. Куриненко, В.И. Вершинина. ¾Казань, Унипресс : ДАС, 2000.¾368 с.

Введение.

Во многих областях промышленности контроль безопасности выпускаемой продукции является важнейшей задачей. В первую очередь это пищевые и фармацевтические производства, некачественная продукция которых, может нанести вред здоровью человека.

Продукты микробного синтеза часто присутствуют на предприятиях пищевой и химической промышленности. Они могут выступать в качестве сырья, например молочнокислые бактерии, отвечающие за сбраживание молока. Но так же часто микроорганизмы выступают в качестве продуцентов веществ, получить которые иными способами невозможно, либо скорость их образования слишком мала. Область применения биотехнологического синтеза очень и широка. Поэтому контроль за безопасностью продуктов биотехнологического синтеза должен вестись на всех стадиях производства для обеспечения безопасности готовой продукции.

Безопасными для здоровья потребителя принято считать продукты, не содержащие токсичных веществ.

Санитарными нормами и гигиеническими нормативами используются следующие определения:

Качество пищевых продуктов – совокупность характеристик пищевых продуктов, способных удовлетворять потребности человека в пище при обычных условиях их использования.

Безопасность пищевых продуктов – состояние обоснованной уверенности в том, что пищевые продукты при обычных условиях использования не являются вредными и не представляют опасности для здоровья нынешнего и будущих поколений.

Удовлетворение качества и безопасности пищевых продуктов – документ, в котором изготовитель удостоверяет соответствие качества и безопасности каждой партии пищевых продуктов, требованиям нормативных, технических документов.

Таким образом, пищевые продукты должны удовлетворять физиологические потребности человека в необходимых веществах и энергии, отвечать обычно предъявляемым к пищевым продуктам требованиям в части органолептических и физико-химических показателей и соответствовать установленным нормативными документами требованиям к допустимому содержанию химических, радиоактивных, биологических веществ и их соединений, микроорганизмов, представляющих опасность для здоровья нынешнего и будущих поколений.

Области применения биотехнологического синтеза

Микробная биотехнология - основная часть биотехнологии.

Она связана с поисками новых природных продуцентов. Это генетика и селекция известных микроорганизмов и получение штаммов с высокой продуктивностью.

Промышленная микробиология основывается на применении микроорганизмов в промышленности для получения коммерчески ценных продуктов и лекарств. Важнейшие продукты микробного синтеза — специальные вещества, используемые для фармацевтических и пищевых целей (антибиотики, ферменты, ингибиторы ферментов, витамины, ароматизаторы, добавки для пищевой промышленности и др.).;

Гибкость метаболизма и высокая способность микробов к адаптации, простота культивирования, изученность генетики, разработанные методы направленного создания штаммов с заданными свойствами — преимущества, делающие микробную биотехнологию одним из перспективных направлений промышленности. Целесообразность промышленного производства определяется такими факторами, как высокий выход продукта (образование больших количеств из исходного материала), низкая стоимость производства и доступность сырья. В настоящее время разработаны способы получения более 1000 наименований продуктов биотехнологическими способами. В США совокупная стоимость этих продуктов в 2000 г. оценивается в десятки миллиардов долларов. Все отрасли, в которых может быть использована биотехнология, перечислить практически невозможно.

Таблица 1. Области применения биотехнологии.

Область применения	Примеры
Медицина, здравоохранение, фармакология	Антибиотики, ферменты, аминокислоты, кровезаменители, алкалоиды, нуклеотиды, иммунорегуляторы, противораковые и противовирусные препараты, новые вакцины, гормональные препараты (инсулин, гормон роста и др.), монокпональные AT для диагностики и лечения, пробы ДНК для диагностики и генотерапии, продукты диетического питания
Получение химических веществ	Этилен, пропилен, бутилен, окисленные углеводороды, органические кислоты, терпены, фенолы, акрилаты, полимеры, ферменты, продукты тонкого органического синтеза, полисахариды
Животноводство	Усовершенствование кормовых рационов (производство белка, аминокислот, витаминов, кормовых антибиотиков, ферментов, заквасок для силосования), ветеринарных препаратов (антибиотики, вакцины и т.д.), гормонов роста, создание высокопродуктивных пород, пересадка оплодотворённых клеток, эмбрионов, манипуляции с чужеродными генами
Растениеводство	Биорациональные пестициды, бактериальные удобрения, гибберели-ны, производство безвирусного посадочного материала, создание высокопродуктивных гибридов, введение генов устойчивости к болезням, засухе, заморозкам, засоленности почв
Рыбное хозяйство	Кормовой белок, ферменты, антибиотики, создание генетически модифицированных пород с усиленным ростом, устойчивых к заболеваниям
Пищевая промышленность	Белок, аминокислоты, заменители сахара (аспартам, глюкозофруктовый сироп), полисахариды, органические кислоты, нуклеотиды, липиды, переработка пищевых продуктов
Энергетика и добыча полезных ископаемых	Спирты, биогаз, жирные кислоты, алифатические углеводороды, водород, уран, интенсификация добычи нефти, газа, угля, искусственный фотосинтез, биометаллургия, добыча серы
Тяжёлая промышленность	Улучшение технических характеристик каучука, бетонных, цементных, гипсовых растворов, моторных топлив; антикоррозийные присадки, смазки для проката чёрных и цветных металлов, технический белок и липиды
Лёгкая промышленность	Улучшение технологии переработки кож, производства текстильного сырья, шерсти, бумаги, парфюмерно-косметических изделий, получение биополимеров, искусственных кожи и шерсти и т.д.
Биоэлектроника	Биосенсоры, биочипы
Космонавтика	Создание замкнутых систем жизнеобеспечения в космосе
Экология	Утилизация сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, биодеградация трудноразлагаемых и токсических веществ (пестицидов, гербицидов, нефти), создание замкнутых технологических циклов, производство безвредных пестицидов, легкоразрушаемых полимеров
Научные исследования	Генно-инженерные и молекулярно-биологические исследования (ферменты рестрикции ДНК, ДНК- и РНК-полимеразы, ДНК- и РНК-лигазы, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды и т.д.), медицинские исследования (средства диагностики, реактивы и пр.), химия (реактивы, сенсоры) Оптимизация микробиологических процессов в биотехнологии.

Методом генной инженерии в клетки Е. coli введён ген, кодирующий синтез а-антитрипсина человека, ингибирующсго активность эластазы. Его образование бактериями достигает 15% синтеза всех клеточных белков. Таким образом получают препарат эглин, применяемый для компенсации врождённого отсутствия а-антитрипсина, приводящего к тяжёлой форме эмфиземы лёгких. Иммуномодулятор бестатин, ингибитор поверхностных пептидаз лимфоцитов, продуцирует Streptococcus olivoretuculi. Микроорганизмы — продуценты ингибиторов других важных в медицине ферментов. Например, ингибитор амилазы, синтезируемый Streptococcus tendae, блокирует гидролиз крахмала и снижает содержание сахара в крови; назначается больным диабетом. Каптоприл из культуральной жидкости стрептококков препятствует образованию ангиотензина II и снижает артериальное давление (АД) у гипертоников. Производство продуктов микробного синтеза второй фазы. С использованием микроорганизмов получают витамины В1, В2 (продуценты— бактерии, грибы родов Candida, Pichia, Ashbya); фолиевую, пантотеновую кислоты, пиридоксаль, витамин В12 (продуценты — Propionibacterium shermanii, Pseudomonas denitrificam или метаногенные бактерии). Витамин С производят путём химического синтеза, однако этап высокоселективного дегидрирования D-сорбита в L-сорбозу осуществляют с помощью уксуснокислых бактерий. Производство антибиотиков Крупномасштабное производство антибиотиков способно давать десятки тысяч тонн продукта в год. Усовершенствование производства антибиотиков связано с селекцией культур, резистентных к бактериофагам, а также с применением мутантных штаммов, у которых отсутствуют системы обратного подавления синтеза антибиотиков. Крупная веха в истории антибиотиков — возможность химической модификации природных (образуемых микроорганизмами) антибиотиков. В настоящее время производят большое количество полусинтетических антибиотиков — направленное изменение структуры антибиотика позволяет расширить спектр действия и, отчасти, снять проблему устойчивости к антибиотикам. Производство вакцин Традиционные методы производства вакцин основаны на применении ослабленных или убитых возбудителей. В настоящее время многие новые вакцины (например, для профилактики гриппа, гепатита В) получают методами генной инженерии. Противовирусные вакцины получают, внося в микробную клетку гены вирусных белков, проявляющих наибольшую иммуногенность. При культивировании такие клетки синтезируют большое количество вирусных белков, включаемых впоследствии в состав вакцинных препаратов. Более эффективно производство вирусных белков в культурах клеток животных на основе технологии рекомбинантных ДНК. С использованием микроорганизмов получают также лимфокины (ИЛ-2, факторы роста, миелопептиды). Перспективы развития этих производств связаны с применением животных в качестве акцепторов рекомбинантной ДНК. Важное направление биотехнологии — культивирование растительных клеток, образующих БАВ. Подобный подход отменяет необходимость в закладке больших плантаций лекарственных растений и связанные с этим проблемы {уход за посевами, профилактика болезней лекарственных растений), позволяя получить нужные препараты более дешёвыми методами. Таким образом получают БАВ женьшеня, строфанта и других растений.

В настоящее время микробиологическим путём получают микробную биомассу, первичные и вторичные продукты метаболизма. Первичные продукты (продукты первой фазы) — метаболиты, синтез которых необходим для выживания данного микроорганизма. Синтез вторичных продуктов (продукты второй фазы) не относится к жизненно необходимым для микроорганизма-продуцента. Оптимальные условия для получения биомассы определяются высокими скоростями протока среды через культуры микроорганизмов и стабильными химическими условиями культивирования (в том числе рН, количество кислорода и углерода). Процесс получения продуктов первой фазы (в частности, ферментов) оптимизируют в целях увеличения удельной активности фермента (единиц/г*ч-1) и объёмной продуктивности (единиц /л*ч-1). Для получения продуктов второй фазы (например, антибиотиков) главная задача — максимальное увеличение их концентрации, что ведёт к снижению затрат на их выделение.