БИОТЕХНОЛОГИЯ

Биогеотехнологии.

Микроорганизмите, живеещи в недрата на Земята, се използват широко в биотехнологиите - добив, трансформация и преработка на природни ресурси, нефт и газ. Биогеотехнологиите за производство на метали използват способността на отделните микроорганизми да превръщат металите в разтворими съединения (излугване на метали от руда) Thiobacillus ferrooxydans извлича желязо, мед и други метали чрез окисляване на сярна киселина, която тези микроорганизми образуват от сулфид. Chromobacterium violaceum е способен да разтваря злато, прилагайки Au -> - Au (CN) 4 процеса. Получени са високоефективни щамове Pseudomonas и термофилната бактерия Sulfolobus за отстраняване на сяра от въглищата - един от най-важните екологични проблеми. В крайна сметка изгарянето на въглища силно замърсява околната среда със сяра.

Щамовете на Cilrobacter sp. Са обещаващи за извличане на метали от отпадъчни води. и Zoogloea, способна да съхранява уран, мед, кобалт. Мутантите на Cilrobacter sp. с високи нива на ензима фосфатаза. Такива суперпроизводители натрупват уран 2,5 пъти по-бързо от родителския щам. Това се дължи на отлагането на метал върху клетъчната повърхност в резултат на ензимното освобождаване на неорганичен фосфат.

Бактерии от родовете Rliodococcus и Nocardia sp. използва се за емулгиране и сорбция на нефтени въглеводороди от водна среда. Те са способни да отделят водата и маслените фази, да концентрират масло и да пречистват отпадъчните води от нефтени примеси. Обещайте да бъдете ценни почистващи средства за халобактерна среда. Няколко щама на тези бактерии вече са били използвани успешно за отстраняване на мазут от пясъчните плажове. Наред с естествените бактерии, обещаваща е активността на генетично модифицирани щамове. Вече е възможно да се прехвърлят плазмиди с гени за ензими, които разграждат октан, камфор, нафтален и ксилол в Pseudomonas sp. Получен е щам, който е в състояние ефективно да използва суров нефт. В близко бъдеще той ще бъде включен в арсенала на биотехнологични продукти за почистване от замърсяване.

Виждаме, че биотехнологиите, които вече са въведени в индустрията, участват активно и ефективно в решаването на екологични проблеми. Именно с нея се свързват надеждите, че ще бъде възможно да се създадат екологични и икономически високоефективни индустрии, които ще дойдат през XXI век. за подмяна на тока.

През 1982 г. започва нов етап в биотехнологичното производство на човешки инсулин, тъй като е възможно да се осъществи функционирането на клонирания човешки инсулинов ген в клетките на Е. coli. Получени са производители на дрожди на нормален човешки инсулин и с помощта на протеинови инженерни методи са създадени производители на производни на инсулин с подобрени свойства. Понастоящем генно инженерният инсулин се произвежда от фирми в различни страни. Използването на нови биотехнологии значително намали цената на инсулина и потенциалният мащаб на производството обещава да отговори напълно на съществуващите нужди от този продукт.

Животински клетки - производители на биологично активни вещества.

В момента са клонирани много гени, които кодират протеини, важни за науката и практиката. След прехвърлянето на такива гени в животински клетки могат да се получат клетки - продуценти на биологично активни протеини. Протеините, синтезирани от животински клетки, са винаги пълноценни, тъй като се образуват правилно и претърпяват всички необходими модификации (гликозилиране, карбоксилиране, хидроксилиране).

В днешно време в индустриален мащаб в биореактори, използвайки животински клетки, е установено производството на голям брой биологично активни протеини, които се използват като лекарства. Най-голям интерес представляват еритропоетинът, активаторът на плазминоген, фактор на коагулацията на кръвта антитрипсин, повърхностният протеин на вируса на хепатит в интерлевкини, различни моноклонални антитела, антигени на вируса на СПИН.

Накратко за най-важните от тях. Еритропоетинът е хормон, който стимулира образуването на червени кръвни клетки. Използва се при анемия, причинена от бъбречна недостатъчност (еритропоетин се синтезира в бъбреците). Факторите на кръвосъсирването VIII и IX се използват при лечението на наследствена хемофилия за спиране на кървенето, плазминогенен активатор, напротив, за предотвратяване образуването на кръвни съсиреци. Растежен хормон - лекарство за лечение на нанизъм, инсулин - за лечение на диабет, гонадотропни хормони (фоликулостимулиращи, лутеинизиращи, хорионни) - за нормализиране или стимулиране на функцията на яйчниците, антитрипсин - за лечение на емфизем.

Областта на биотехнологиите, базирана на имунологията, бързо се разширява - имунобиотехнологиите. Това включва индустрията на диагностични тестови системи (диагностикуми) за широко проучване на разпространението на инфекциите, производството на ваксини и, разбира се, производството на поликлонални и моноклонални антитела. Всички са чували за протеини като лимфокини, които включват интерферони, интерлевкини, фактор, който стимулира образуването на колонии от гранулоцити и макрофаги, фактор на туморна некроза и някои други. Тези протеини се секретират от клетките на имунната система в отговор на появата на външен антиген. Те се използват като антивирусни и противоракови лекарства (възможността за лечение на злокачествени новообразувания с тях все още е проблематична). Производството на някои лимфокини също е прецизно настроено в бактериалната система, както вече обсъдихме, но понякога животинските клетки са по-приемливи за тази цел, особено за онези протеини, които съдържат въглехидратен център. Нека разгледаме по-отблизо производството на антитела. Отдавна за тяхното получаване се използват животни - зайци, кози, овни. Имунната система реагира на появата на чужд протеинов антиген в кръвта, като активира размножаването на В-лимфоцитите, в които започва синтеза на антитела. На повърхността на антиген обикновено има няколко „активни” места (антигенни детерминанти), всяко от които предизвиква образуването на антитела срещу себе си. В същото време всяка В-клетка и нейните потомци се специализират в синтеза на един вид антитела. В резултат на това се образуват толкова различни видове В-клетки, които произвеждат антитела, толкова много е детерминанта в антигена. Полученият от кръвта антисерум съдържа смес от антитела към различни детерминанти. Такива антитела се наричат полиспецифични, по-често поликлонални.

Методи на отглеждане.

Всичко, за което говорим, все още не са напълно завършени производствени биотехнологии, а само подготовка на основата за тяхното създаване. Има два тясно свързани варианта за бъдещото биотехнологично производство на ценни растителни продукти; отглеждане на цели растения и клетъчно отглеждане.

Методите за култивиране на растителни клетки в хранителни среди са създали независим клон на биотехнологичното производство на ценни лекарства. Ако се получи култура от една клетка, тогава всички новоизрастнали клетки ще бъдат генетично идентични и ще образуват клон. Такива клонинги на интензивно размножаващи се клетки, като бактериалните култури, са добри производители на ценни растителни продукти. Производителността и икономичността им често са значително по-високи от тези на цели растения. Тук, както при работата с бактерии, можете да използвате клетки, които произвеждат желания продукт в растенията, или можете целенасочено да промените клетката, използвайки методи за генно инженерство, превръщайки я в ценен производител на необходимия продукт. Клетъчни култури на следните естествени производители вече се използват в производството: тютюневи клетки, продуциращи убихинон-10 (използван като витамин), клетъчна култура на берберис, произвеждаща ятроризин (спазмолитично лекарство), бактериални клетки, произвеждащи шиконин (използвани за лечение на рани, изгаряния, хемороиди) ... Промишленото производство на тези култури обаче, с изключение например на производителите на шиконин, все още е икономически неизгодно. Необходимо е по-нататъшно усъвършенстване на технологията на клетъчните култури и повишаване на тяхната продуктивност.

Няма съмнение, че областта на клетъчната биотехнология в близко бъдеще, след реализиране на своите възможности, генното инженерство, ще се превърне в най-важния източник на ценни продукти. Първо ще бъдат получени трансгенни растения, а след това от тях - високопродуктивни клетъчни култури. Например, трансгенните растения от рапица, в които са въведени гените на лев-енкефалин и други човешки невропептиди, заедно с част от гена на албумина, произвеждат около 1 mg ценен рекомбинантен протеин на 1 тон семена.