Общие принципы организации и совершенствования микробиологических производств

Создание микробиологического производства требует предварительного проведения лабораторных исследований, заключающихся в поиске продуцента, изучении его свойств и оптимизации способа его культивирования. Следующей стадией является переход от маленьких объемов (в колбах и лабораторных ферментерах) к большим (масштабирование) с последующим испытанием микробного процесса в промышленных условиях. В состав микробиологического предприятия должна входить лаборатория, которая осуществляет постоянный мониторинг за свойствами продуцента и стерильностью процесса, контролируя отсутствие посторонних микроорганизмов и бактериофагов. Микробиологическая лаборатория завода следит за состоянием культуры в процессе хранения и производства, проводя периодические рассевы, отбирая высокопродуктивные колонии и создавая условия для поддержания активности.

Одним из путей совершенствования микробиологических производств является применение мутантных и генно-инженерных продуцентов. Например, для получения промежуточных соединений различных циклов (ЦТК) используют регуляторные мутанты, что позволяет накапливать органические и аминокислоты. Генно-инженерные методы позволяют получать продуценты с заданными свойствами и производить уникальные вещества в промышленных масштабах. Среди них — высокотермостабильные ферменты, искусственно сконструированные пептиды и белки, человеческие терапевтические агенты (инсулин, интерферон, эпидермальный фактор роста, поверхностный антиген вируса гепатита В и т. д.).

Для отбора продуцентов, их поддержания в активном состоянии и хранения применяют как классические, так и новые методы. Например, для получения активных продуцентов у дрожжей и плесневых грибов после ферментативного удаления клеточной стенки и частичного растворения ЦПМ под действием полиэтиленгликоля производят слияние протопластов двух штаммов (рис. 16.1).

Рис. 16.1. Слияние протопластов.

При этом их генетический материал «перемешивается», поэтому после регенерации клеточной стенки полученный продуцент будет иметь другие свойства. Такие микроорганизмы менее стабильны, чем «дикие», поэтому необходимо применять соответствующие методы сохранения их активности. Из относительно новых способов хранения можно назвать лиофилизацию и хранение под жидким азотом.

Еще один путь совершенствования микробиологических процессов — это разработка новых технологических подходов. Постоянно ведется работа по совершенствованию аппаратов для культивирования и полной автоматизации и компьютеризации процесса. Удобство работы с культурой повышается при иммобилизации клеток и (или) ферментов на (в) твердом носителе. В зависимости от природы носителя и механизма прикрепления различают несколько видов иммобилизации (рис. 16.2).

Рис. 16.2. Виды иммобилизации:

д

а — физическая (абсорбция: керамические бусины, стеклянные ерши, поролон);

6 — химическая (ковалентное связывание: инертный носитель + клетки + глутаровый альдегид); в — физико-химическая (включение в полимерную матрицу: ПААГ, агар, каррагинан, альгинат, криогели); г — физическая (микроинкапсулирование: лииосомы); д — химическая (сшивание: клетки + глутаровый альдегид) При иммобилизаци изменяется не только пространственное положение продуцента (конгломераты клеток на (в) носителе представляют собой уже макрообъекты), но и значительно преобразуется его жизнедеятельность. При взаимодействии с носителем изменяются свойства поверхностных структур клетки (в частности, ЦПМ) и образуется новая поверхность раздела фаз. Примеры некоторых производственных процессов, основанных на использовании закрепленных клеток, приведены в табл. 16.1.

Таблица 16.1

Производственные процессы, основанные на использовании иммобилизованных клеток.