Биологический каталог




Биотехнология. Проблемы и перспективы

Автор Н.С. Егоров, В.Д.Самуилов, А.В. Олескин

ления автоселекции в популяции, так что в промышленном биореакторе часто преобладают не те формы, которые доминировали при культивировании в условиях лаборатории. Масштабный переход ведет к возрастанию численности клеток в популяции в 10—106 раз и более, что способствует накоплению в культуре даже очень редких мутантов.

Значительные трудности при культивировании клеток в масштабах промышленных биореакторов вызывает контаминация, т. е. попадание в культуру посторонней микрофлоры. Поддержание сред, оборудования, воздуха в стерильном состоянии — задача, нередко экономически невыгодная или даже в принципе невыполнимая. Проникающие в биореактор посторонние микроорганизмы конкурируют с его «коренными жителями», часто вытесняя их из биореактора. Если посторонние организмы принадлежат к тому же виду, что и культивируемые в нем клетки (например, в биореактор с мутантом Е. coli— сверхпродуцентом треонина попадают клетки дикого штамма ?. coli), то происходит расширение генного фонда популяции и образуются рекомби-нантные штаммы. Рекомбинанты возникают также в том случае, если посторонние микроорганизмы несут плазмиды, способные к проникновению в клетки штамма-продуцента.

Для сохранения ценных свойств биообъектов при масштабировании проводится комплекс мероприятий.

1. Создание щадящих условий в биореакторе, максимально приближенных к условиям в лабораторном культиваторе.

2. Применение антимутагенов — веществ, снижающих частоту спонтанных мутаций.

3. Использование продуцентов с так называемыми многократно вырожденными мутациями (С. И. Алиханян, 1975; Н. С. Пе-чуркин, 1978). Речь идет об организмах, несущих в геноме одновременно несколько независимых мутаций, каждая из которых сама по себе достаточна для фенотипического выражения биотехнологически ценного признака. Утрата этого признака наступает лишь при одновременной потере всех мутаций — событие на несколько порядков менее вероятное, чем единичное изменение в геноме.

4. Создание селективных условий, в которых преимущество получает интересующий нас штамм. Это магистральный путь борьбы как с утратой ценных свойств продуцентом, так и с ростом в биореакторе посторонней микрофлоры.

В крупномасштабных биотехнологических процессах используют способность того или иного соединения избирательно ингибировать рост посторонних микроорганизмов и мутантных вариантов, возникших из исходного штамма. Утилизирующие метанол бактерии, полученные путем плазмидного переноса генов, способны расти при концентрациях метанола, при которых подавляется развитие утративших плазмиду бактерий того же вида. Этот факт учитывается при культивировании бактерий на метаноле в больших реакторах (D. F. Kyder, D. Di Biasco, 1985).

Часто сравнительно несущественные изменения компонентного состава среды смещают баланс автоселекции в сторону преобладания в культуре того или иного варианта. Ген, кодирующий нитрогеназу,— фермент, ответственный за выделение водорода у пурпурных фототрофных бактерий, легко утрачивается в результате спонтанных мутаций. Если к среде культивирования, содержащей лактат, добавить аммоний как источник азота, доля утративших нитрогеназу мутантов составляет 25—40% общего числа клеток в популяции, при замене аммония на глутамат нитрогеназу теряет до 80% клеток (P. Allibert et al., 1984).

Создавая селективные условия, в некоторых случаях можно добиться «очищения» культуры, содержащей примесь посторонней микрофлоры при засеве в биореактор.

К сожалению, во многих случаях ни один из рассмотренных методов борьбы с утратой ценных свойств биообъектом на сегодняшний день не является эффективным, дающим 100%-ную гарантию. Единственный путь, остающийся в этих условиях,— частая смена головного ферментера с использованием свежего материала для каждого нового засева. Такой путь малоперспективен и нередко крайне неэкономичен. Первостепенной задачей поэтому является изучение свойств и динамики развития клеточных популяций с целью хоздания научно обоснованных методов их поддержания в высокоактивном состоянии.

Глава

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ

БИОЛОГИЧЕСКИХ

ОБЪЕКТОВ

Магистральное направление биотехнологии — всемерная интенсификация производственных процессов. Это достигается не только на основе внедрения новых высокопродуктивных биообъектов, но и путем широкого применения эффективных технологических режимов. Необходимо подобрать подходящий субстрат (сырье), разработать конструкцию аппарата, оптимизировать условия культивирования биообъекта, обеспечить автоматический контроль за протеканием биотехнологического процесса, разработать способ выделения и очистки готового целевого продукта.

На этапе культивирования объекта биотехнология наиболее тесно смыкается с экономикой, что находит отражение в основных принципах этого этапа.

1. Принцип экономической обоснованности. Биотехнология внедряется только в те производственные процессы, которые не могут быть столь же эффективно и с теми же затратами реализованы средствами традиционной технологии. «Биотехнологиче

страница 21
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77

Скачать книгу "Биотехнология. Проблемы и перспективы" (4.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(26.09.2017)