1 Los microorganismos se utilizan en la producción industrial. Uso industrial de microorganismos.

La amplia distribución de los microorganismos indica su enorme papel en la naturaleza. Con su participación se produce la descomposición de diversas sustancias orgánicas en suelos y cuerpos de agua, determinan la circulación de sustancias y energía en la naturaleza; la fertilidad del suelo, la formación de carbón, petróleo y muchos otros minerales dependen de su actividad. Los microorganismos están involucrados en la meteorización de las rocas y otros procesos naturales.

Muchos microorganismos se utilizan en la producción industrial y agrícola. Así, la cocción, la fabricación de productos lácteos fermentados, la vinificación, la producción de vitaminas, enzimas, proteínas para alimentos y piensos, ácidos orgánicos y muchas sustancias utilizadas en la agricultura, la industria y la medicina se basan en la actividad de varios microorganismos. El uso de microorganismos en la producción de cultivos y la cría de animales es especialmente importante. De ellos depende el enriquecimiento del suelo con nitrógeno, el control de plagas de cultivos agrícolas con la ayuda de preparaciones microbianas, la preparación y almacenamiento adecuados de alimentos, la creación de proteínas alimenticias, antibióticos y sustancias microbianas para la alimentación animal.

Los microorganismos tienen un efecto positivo en los procesos de descomposición de sustancias de origen no natural: xenobióticos, sintetizados artificialmente, que caen en suelos y cuerpos de agua y los contaminan.

Junto con los microorganismos benéficos, existe un gran grupo de los denominados microorganismos causantes de enfermedades, o patógenos, que provocan diversas enfermedades de animales agrícolas, plantas, insectos y seres humanos. Como resultado de su actividad vital surgen epidemias de enfermedades contagiosas de humanos y animales, lo que afecta el desarrollo de la economía y las fuerzas productivas de la sociedad.

Los últimos datos científicos no solo ampliaron significativamente la comprensión de los microorganismos del suelo y los procesos que provocan en el medio ambiente, sino que también hicieron posible la creación de nuevas industrias en la industria y la producción agrícola. Por ejemplo, se han descubierto antibióticos secretados por microorganismos del suelo y se ha demostrado la posibilidad de su uso para el tratamiento de humanos, animales y plantas, así como para el almacenamiento de productos agrícolas. Se descubrió la capacidad de los microorganismos del suelo para formar sustancias biológicamente activas: vitaminas, aminoácidos, estimulantes del crecimiento de las plantas, sustancias de crecimiento, etc. Se han encontrado formas de usar la proteína de microorganismos para alimentar animales de granja. Se han identificado preparaciones microbianas que mejoran el flujo de nitrógeno al suelo desde el aire.

El descubrimiento de nuevos métodos para obtener formas hereditariamente modificadas de microorganismos beneficiosos ha hecho posible un uso más amplio de los microorganismos en la producción agrícola e industrial, así como en la medicina. El desarrollo de la ingeniería genética o genética es especialmente prometedor. Sus logros aseguraron el desarrollo de la biotecnología, la aparición de microorganismos altamente productivos que sintetizan proteínas, enzimas, vitaminas, antibióticos, sustancias de crecimiento y otros productos necesarios para la cría de animales y la producción de cultivos.

La humanidad siempre ha estado en contacto con microorganismos, durante milenios sin siquiera saberlo. Desde tiempos inmemoriales, las personas observaron la fermentación de la masa, prepararon bebidas alcohólicas, fermentaron la leche, elaboraron queso, sufrieron diversas enfermedades, incluidas las epidémicas. La evidencia de esto último en los libros bíblicos es una indicación de una enfermedad epidémica (probablemente una plaga) con recomendaciones para quemar cadáveres y realizar abluciones.

Sin embargo, hasta mediados del siglo pasado, nadie imaginaba que varios tipos de procesos de fermentación y enfermedades podrían ser el resultado de la actividad de criaturas insignificantemente pequeñas.

En las secciones anteriores, ya ha aprendido algunas de las técnicas para trabajar con microorganismos y tuve la oportunidad de probar estas técnicas en la experiencia. Al pasar de la escala de laboratorio a la escala industrial, los biotecnólogos deben resolver muchos problemas en diversas ramas de la ciencia, incluidas la bioingeniería, la química y la biología. A la hora de tomar decisiones en la producción industrial de bacterias, es importante considerar aspectos tanto económicos como sociales y éticos. En esta sección, abordaremos algunos aspectos prácticos de la producción a gran escala, y en secciones posteriores consideraremos ejemplos específicos de producción microbiológica y problemas relacionados.

Uso de microorganismos en la producción industrial es posible por las siguientes razones:
1) los microorganismos tienen necesidades nutricionales simples;
2) en los fermentadores (recipientes grandes en los que crecen los microorganismos), las condiciones de crecimiento se pueden controlar con mucha precisión;
3) los microorganismos se caracterizan por altas tasas de crecimiento;
4) las reacciones pueden llevarse a cabo a temperaturas más bajas que en las plantas químicas convencionales; la factura energética se reduce en consecuencia;
5) los microorganismos proporcionan un mayor rendimiento del producto y su mayor especificidad que la producción química convencional;
6) puede usar y producir una amplia gama de compuestos químicos;
7) es posible producir algunos compuestos químicos complejos, como hormonas y antibióticos, que son difíciles de obtener por otros métodos, así como isómeros específicos (como los L-aminoácidos);
8) la genética de los microorganismos es relativamente simple, y los métodos de manipulación genética con ellos evolucionan constantemente.

Sin embargo, la necesidad de métodos especiales tales como como métodos de esterilización y métodos de separación complejos, pueden conducir a un aumento significativo en los requisitos técnicos del proceso.

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sabemos que por microorganismos caracterizados por una gran variedad de reacciones químicas que pueden llevar a cabo y los productos que forman. Sin embargo, solo una pequeña parte de su potencial se utiliza en la producción industrial. Las empresas comerciales, especialmente las empresas farmacéuticas, buscan constantemente microorganismos que puedan ser útiles. Con la esperanza de descubrir nuevos productos comercialmente importantes o formas más eficientes de obtener productos existentes, se recolectan y cultivan microorganismos de todo el mundo, de una amplia variedad de hábitats. Muy a menudo se trata de un trabajo puramente empírico en el sentido de que el azar juega un papel esencial en cualquier descubrimiento. La verificación de microorganismos de esta manera se denomina cribado. Un buen ejemplo es la evaluación continua que se realiza para descubrir nuevos antibióticos. El primer antibiótico fue descubierto en 1928 por Alexander Fleming y recibió el nombre de penicilina por el hongo Penicilina que lo produce. Los antibióticos naturales son sustancias químicas sintetizadas por microorganismos que matan a otros microorganismos o inhiben su crecimiento. Desde 1928, se han aislado más de 5000 antibióticos diferentes de microorganismos, incluidas varias penicilinas diferentes con estructuras y actividades ligeramente diferentes. La mayoría de los antibióticos descubiertos no son adecuados para fines médicos, principalmente debido a su alta toxicidad. Sin embargo, los miembros del género Streptomyces han demostrado ser una fuente extremadamente rica de varios antibióticos, incluida la estreptomicina.

antibióticos se utilizan para tratar enfermedades bacterianas o fúngicas en humanos y animales domésticos. Algunos de ellos también inhiben el crecimiento de tumores cancerosos. Aparentemente, los antibióticos son productos del metabolismo secundario. Con la detección sistemática, siempre existe la esperanza de encontrar un nuevo “fármaco maravilloso” o microorganismo que produzca un antibiótico conocido pero con propiedades mejoradas.

El eslabón principal del proceso biotecnológico, que determina toda su esencia, es un objeto biológico capaz de realizar una determinada modificación de la materia prima y formar uno u otro producto necesario. Células de microorganismos, animales y plantas, animales y plantas transgénicos, así como sistemas enzimáticos de múltiples componentes de células y enzimas individuales pueden servir como tales objetos de biotecnología.

La base de la mayoría de las industrias biotecnológicas modernas sigue siendo la síntesis microbiana, es decir, la síntesis de varias sustancias biológicamente activas con la ayuda de microorganismos. Desafortunadamente, los objetos de origen vegetal y animal, por varias razones, aún no han encontrado una aplicación tan amplia.

Independientemente de la naturaleza del objeto, la etapa primaria en el desarrollo de cualquier proceso biotecnológico es obtener cultivos puros de organismos (si se trata de microbios), células o tejidos (si se trata de organismos más complejos, plantas o animales). Muchas etapas de manipulaciones posteriores con este último (es decir, con células vegetales o animales), de hecho, son los principios y métodos utilizados en la producción microbiológica. Tanto los cultivos de células microbianas como los cultivos de tejidos de plantas y animales prácticamente no difieren de los cultivos de microorganismos desde un punto de vista metodológico.

El mundo de los microorganismos es extremadamente diverso. Actualmente

relativamente bien caracterizado (o conocido) más de 100 mil especies diferentes. Estos son principalmente procariotas (bacterias, actinomicetos, rickettsias, cianobacterias) y parte de eucariotas (levaduras, hongos filamentosos, algunos protozoos y algas). Con una variedad tan amplia de microorganismos, un problema muy importante, y a menudo complejo, es la elección correcta de exactamente el organismo que es capaz de proporcionar el producto deseado, es decir, servir para fines industriales. Los microorganismos se dividen en industriales y no industriales, estos son los microorganismos que se utilizan en la producción industrial - industrial, y los que no se utilizan - no industrial.

La base de la producción industrial son unos pocos, pero profundamente estudiados grupos de microorganismos que sirven como objetos modelo en el estudio de los procesos fundamentales de la vida. Todos los demás microorganismos no han sido estudiados por genetistas, biólogos moleculares e ingenieros genéticos en absoluto o han sido estudiados de forma muy limitada. Los primeros incluyen Escherichia coli (E. coli), bacilo del heno (Bac. subtilis) y levadura de panadería (S. cerevisiae).

Muchos procesos biotecnológicos utilizan un número limitado de microorganismos que se clasifican como GRAS (generalmente reconocidos como seguros). Dichos microorganismos incluyen bacterias Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, otros tipos de bacilos y lactobacilos, especies de Streptomyces. Esto también incluye especies de hongos Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus y levadura Saccharomyces, etc. Los microorganismos GRAS no son patógenos, no son tóxicos y generalmente no forman antibióticos, por lo tanto, al desarrollar un nuevo proceso biotecnológico, uno debe centrarse en estos microorganismos como objetos básicos de la biotecnología.

En la actualidad, la industria de la microbiología utiliza miles de cepas de cientos de especies microbianas que inicialmente se aislaron de fuentes naturales en función de sus propiedades beneficiosas y luego (en su mayoría) se mejoraron mediante varios métodos. En relación con la expansión de la producción y la gama de productos, cada vez más representantes del mundo de los microbios están involucrados en la industria microbiológica. Debe tenerse en cuenta que en un futuro previsible ninguno de ellos será estudiado en la misma medida que E.coli y Bac.subtilis. Y la razón de esto es muy simple: la laboriosidad colosal y el alto costo de este tipo de investigación.

Los objetos biotecnológicos más comunes son:

bacterias y cianobacterias;

Algas marinas;

protozoos;

cultivos celulares de plantas y animales;

Plantas - inferior (anabena-azolla) y superior - lenteja de agua.

Estructuras subcelulares (virus, plásmidos, ADN).

Bacterias y cianobacterias

Las funciones biotecnológicas de las bacterias son diversas.

Bacterias del ácido acético, géneros Gluconobacter y Acetobacter.

Bacterias gramnegativas que convierten el etanol en ácido acético y el ácido acético en dióxido de carbono y agua.

Los representantes del género Bacillus - B.subtilis B.thuringiensis se utilizan para obtener probióticos, sustancias que tienen un efecto antibiótico sobre otros microorganismos, así como sobre insectos (B.thuringiensis). Son bacterias grampositivas que forman endosporas.

B.subtilis es un aerobio estricto, mientras que B.thuringiensis también puede vivir en condiciones anaeróbicas.

Las bacterias anaerobias formadoras de esporas están representadas por el género Clostridium. C.acetobutylicum fermenta azúcares en acetona, etanol, isopropanol y n-butanol (fermentación de acetobutanol), otras especies también pueden fermentar almidón, pectina y varios compuestos nitrogenados.

Las bacterias del ácido láctico incluyen representantes de los géneros Lactobacillus, Leuconostoc y Streptococcus, que no forman esporas, son grampositivas e insensibles al oxígeno.

Las bacterias heterofermentativas del género Leuconostoc convierten los carbohidratos en ácido láctico, etanol y dióxido de carbono.

Las bacterias homofermentativas del género Streptococcus producen únicamente ácido láctico.

Los representantes del género Lactobacillus ofrecen varios productos diferentes junto con el ácido láctico.

Representante del género Corynebacterium, las células grampositivas no móviles C. glutamicum sirven como fuente de lisina y glutamato monosódico.

Otros tipos de corinebacterias se utilizan para la lixiviación microbiana de minerales y la eliminación de desechos mineros.

Esta propiedad de algunas bacterias es muy utilizada, como diazotrofia, es decir, la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico.

Hay 2 grupos de diazótrofos:

Simbiontes: sin nódulos de raíz (principalmente líquenes), con nódulos de raíz (leguminosas);

De vida libre: heterótrofos (azotobacter, clostridium, methylobacter), autótrofos (clorobium, rhodospirillum y amebobacter).

Las bacterias también se utilizan con fines de ingeniería genética.

Las cianobacterias tienen la capacidad de fijar nitrógeno, lo que las convierte en productores de proteínas muy prometedores. En el citoplasma de las células se deposita un producto cercano al glucógeno.

Los representantes de las cianobacterias como nostoc, spirulina, trichodesmium son comestibles y se comen directamente. Nostok forma costras en las tierras baldías que se hinchan cuando están mojadas. En Japón, la población local come las capas de nostoc formadas en las laderas del volcán y las llama pan de cebada Tengu (Tengu es un buen espíritu de la montaña).

La espirulina (Spirulina platensis) proviene de África, la región del lago Chad.

Spirulina maxima crece en las aguas del lago Texcoco en México. Incluso los aztecas lo recogieron de la superficie de los lagos y se lo comieron.

La espirulina se usaba para hacer galletas, que eran la masa seca de la espirulina.

El análisis mostró que la espirulina contiene un 65 % de proteínas (más que la soja), un 19 % de carbohidratos, un 6 % de pigmentos, un 4 % de lípidos, un 3 % de fibras y un 3 % de cenizas. Las proteínas se caracterizan por un contenido equilibrado de aminoácidos. La pared celular de esta alga se digiere bien.

La espirulina se puede cultivar en estanques abiertos o en un sistema cerrado de tuberías de polietileno. El rendimiento es muy alto: se obtienen hasta 20 g de peso seco de algas por 1 m 2 por día, unas 10 veces superior al rendimiento del trigo.

La industria farmacéutica nacional produce el fármaco "Splat" a base de la cianobacteria Spirulina platensis. Contiene un complejo de vitaminas y microelementos y se utiliza como tónico e inmunoestimulante.

Escherichia coli

Escherichia coli es uno de los organismos más estudiados. Durante los últimos cincuenta años, ha sido posible obtener información completa sobre genética, biología molecular, bioquímica, fisiología y biología general. Escherichia coli. Es un estante móvil gramnegativo de menos de 10 µm de largo. Su hábitat son los intestinos de humanos y animales, pero también puede vivir en el suelo y el agua. Por lo general, Escherichia coli no es patógena, pero bajo ciertas condiciones puede causar enfermedades en humanos y animales.

Debido a la capacidad de multiplicarse por división simple en medios que contienen solo iones Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+, NH 4 +, Cl -, HPO 4 2- y SO 4 2-, oligoelementos y un carbono fuente (por ejemplo, glucosa), mi. coli se convirtió en un tema favorito de la investigación científica.

al cultivar mi. coli en medios nutrientes líquidos enriquecidos que contienen aminoácidos, vitaminas, sales, oligoelementos y una fuente de carbono, el tiempo de generación (es decir, el tiempo entre la formación de una bacteria y su siguiente división) en la fase de crecimiento logarítmico a una temperatura de 37 °C es de aproximadamente 22 minutos.

mi. coli Se puede cultivar tanto en condiciones aeróbicas (en presencia de oxígeno) como anaeróbicas (sin oxígeno). Sin embargo, para una producción óptima de proteínas recombinantes mi. coli generalmente se cultiva en condiciones aeróbicas.

Si el propósito de cultivar bacterias en el laboratorio es la síntesis y el aislamiento de una determinada proteína, entonces los cultivos se cultivan en matraces en medios nutritivos líquidos complejos. Para mantener la temperatura deseada y asegurar una aireación suficiente del medio de cultivo, los matraces se colocan en un baño de agua o en una habitación con temperatura controlada y se agitan continuamente. Tal aireación es suficiente para la reproducción celular, pero no siempre para la síntesis de una proteína en particular.

El crecimiento celular y la producción de proteínas no están limitados por el contenido de fuentes de carbono o nitrógeno en el medio nutritivo, sino por el contenido de oxígeno disuelto: a 20 °C, es aproximadamente nueve millonésimas. Esto se vuelve especialmente importante en la producción industrial de proteínas recombinantes. Para garantizar las condiciones óptimas para la máxima producción de proteínas, se diseñan fermentadores especiales y se crean sistemas de aireación.

Para cada organismo vivo, existe un cierto intervalo de temperatura que es óptimo para su crecimiento y reproducción. Las temperaturas demasiado altas provocan la desnaturalización de las proteínas y la destrucción de otros componentes celulares importantes, lo que lleva a la muerte celular. A bajas temperaturas, los procesos biológicos se ralentizan significativamente o se detienen por completo debido a los cambios estructurales que experimentan las moléculas de proteína.

Según el régimen de temperatura que prefieren ciertos microorganismos, se pueden dividir en termófilos (de 45 a 90 °C y más), mesófilos (de 10 a 47 °C) y psicrófilos (de -5 a 35 °C). Los microorganismos que se multiplican activamente solo en un cierto rango de temperatura pueden ser una herramienta útil para resolver varios problemas biotecnológicos. Por ejemplo, los termófilos a menudo proporcionan genes que codifican enzimas termoestables que se utilizan en procesos industriales o de laboratorio, mientras que los psicrotrofos genéticamente modificados se utilizan para biodegradar desechos tóxicos contenidos en el suelo y el agua a bajas temperaturas.

Aparte de mi. coli, muchos otros microorganismos se utilizan en biotecnología molecular (Cuadro 1). Se pueden dividir en dos grupos: microorganismos como fuentes de genes específicos y microorganismos creados por métodos de ingeniería genética para resolver ciertos problemas. Los genes específicos incluyen, por ejemplo, un gen que codifica una ADN polimerasa termoestable, que se usa en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) ampliamente utilizada. Este gen fue aislado de bacterias termófilas y clonado en mi. coli. el segundo grupo de microorganismos incluye, por ejemplo, varias cepas Corynebacterium glutámico, que han sido modificados genéticamente para aumentar la producción de aminoácidos de importancia industrial.

Tabla 1. Algunos microorganismos modificados genéticamente utilizados en biotecnología.

En la etapa actual, surge el problema de desarrollar una estrategia y tácticas de investigación que permitan, con un gasto razonable de mano de obra, extraer todo lo más valioso del potencial de nuevos microorganismos en la creación de cepas productoras de importancia industrial adecuadas para uso en procesos biotecnológicos. El enfoque clásico es aislar el microorganismo deseado de las condiciones naturales.

1. Se toman muestras materiales de los hábitats naturales del presunto productor (se toman muestras materiales) y se inoculan en un ambiente electivo que asegure el desarrollo predominante del microorganismo de interés, es decir, se obtienen los llamados cultivos de enriquecimiento.

2. El siguiente paso es el aislamiento de un cultivo puro con un posterior estudio de diagnóstico diferencial del microorganismo aislado y, si es necesario, una determinación aproximada de su capacidad productiva.

Hay otra forma de seleccionar microorganismos productores: esta es la elección de la especie deseada de las colecciones disponibles de microorganismos bien estudiados y caracterizados minuciosamente. Esto, por supuesto, elimina la necesidad de realizar una serie de operaciones intensivas en mano de obra.

El principal criterio para elegir un objeto biotecnológico (en nuestro caso, un microorganismo productor) es la capacidad de sintetizar el producto objetivo. Sin embargo, además de esto, la tecnología del propio proceso puede contener requisitos adicionales, que a veces son muy, muy importantes, por no decir decisivos. En términos generales, los microorganismos deben:

Tener una alta tasa de crecimiento;

1. Los organismos unicelulares, por regla general, se caracterizan por tasas más altas de crecimiento y procesos sintéticos que los organismos superiores. Sin embargo, este no es el caso para todos los microorganismos. Hay algunos de ellos (por ejemplo, los oligotróficos) que crecen muy lentamente, pero son de cierto interés, ya que son capaces de producir varias sustancias muy valiosas.

Deseche los sustratos baratos necesarios para su vida;

2. Los microorganismos fotosintéticos que utilizan la energía de la luz solar en su vida representan una atención particular como objetos de desarrollo biotecnológico. Algunos de ellos (cianobacterias y eucariotas fotosintéticos) utilizan CO2 como fuente de carbono, y algunos representantes de las cianobacterias, además de todo lo anterior, tienen la capacidad de asimilar el nitrógeno atmosférico (es decir, son extremadamente poco exigentes con los nutrientes).

Los microorganismos fotosintéticos son prometedores como productores de amoníaco, hidrógeno, proteínas y varios compuestos orgánicos. Sin embargo, el progreso en su uso debido al limitado conocimiento fundamental sobre su organización genética y mecanismos biológicos moleculares de actividad vital, aparentemente, no debe esperarse en un futuro cercano.

Ser resistente a la microflora extraña, es decir, ser altamente competitivo.

3. Se presta cierta atención a objetos de biotecnología como microorganismos termofílicos que crecen a 60–80 ° C. Esta propiedad de ellos es un obstáculo casi insuperable para el desarrollo de microflora extraña durante un cultivo relativamente no estéril, es decir, es una protección confiable contra la contaminación Entre los termófilos se han encontrado productores de alcoholes, aminoácidos, enzimas e hidrógeno molecular. Además, su tasa de crecimiento y actividad metabólica son 1,5 a 2 veces más altas que las de los mesófilos. Las enzimas sintetizadas por termófilos se caracterizan por una mayor resistencia al calor, algunos agentes oxidantes, detergentes, solventes orgánicos y otros factores adversos. Al mismo tiempo, no son muy activos a temperaturas normales. Así, las proteasas de uno de los representantes de los microorganismos termófilos son 100 veces menos activas a 200 C que a 750 C. Esta última es una propiedad muy importante para algunas producciones industriales.

Todo lo anterior proporciona una reducción significativa en el costo de producir el producto objetivo.

Selección

Un componente integral en el proceso de creación de los productores más valiosos y activos, es decir, en la selección de objetos en biotecnología, es su selección. Y la forma general de selección es la construcción consciente de genomas en cada etapa de la selección del productor deseado. En el desarrollo de tecnologías microbianas, en un momento jugaron (y siguen jugando) un papel muy importante los métodos basados ​​en la selección de variantes modificadas que ocurren espontáneamente caracterizadas por las características útiles necesarias. Con tales métodos, generalmente se usa la selección por pasos: en cada etapa de la selección, las variantes más activas (mutantes espontáneos) se seleccionan de la población de microorganismos, de la cual se seleccionan cepas nuevas y más efectivas en la siguiente etapa.

El proceso de selección de los productores más efectivos se acelera significativamente cuando se utiliza el método de mutagénesis inducida.

Como efectos mutagénicos se utilizan radiaciones UV, rayos X, gamma, determinados productos químicos, etc.. Sin embargo, esta técnica tampoco está exenta de inconvenientes, siendo el principal su laboriosidad y falta de información sobre la naturaleza de los cambios, ya que el experimentador selecciona de acuerdo con el resultado final.

Así, la tendencia actual es el diseño consciente de cepas de microorganismos con propiedades deseadas basadas en el conocimiento fundamental de la organización genética y los mecanismos biológicos moleculares de la implementación de las funciones principales del cuerpo.

La selección de microorganismos para la industria microbiológica y la creación de nuevas cepas a menudo tienen como objetivo mejorar su capacidad productiva, es decir. formación de un determinado producto. La solución de estos problemas, en un grado u otro, está asociada con un cambio en los procesos de regulación en la célula.

Los cambios en la velocidad de las reacciones bioquímicas en las bacterias pueden ocurrir al menos de dos maneras. Uno de ellos es muy rápido (realizado en segundos o minutos) es cambiar la actividad catalítica de moléculas de enzimas individuales. El segundo, más lento (realizado durante muchos minutos), consiste en cambiar las tasas de síntesis de enzimas. Ambos mecanismos utilizan un único principio de control del sistema: el principio de retroalimentación, aunque también existen mecanismos más simples para regular la actividad del metabolismo celular. La forma más sencilla de regular cualquier vía metabólica se basa en la disponibilidad de un sustrato o la presencia de una enzima. Una disminución en la cantidad de sustrato (su concentración en el medio) conduce a una disminución en la tasa de flujo de una sustancia particular a través de una vía metabólica determinada. Por otro lado, un aumento en la concentración de sustrato conduce a la estimulación de la vía metabólica. Por lo tanto, independientemente de cualquier otro factor, la presencia (disponibilidad) del sustrato debe considerarse como un mecanismo potencial para cualquier vía metabólica. A veces, un medio eficaz para aumentar el rendimiento del producto objetivo es aumentar la concentración en la célula de un precursor particular.

La forma más común de regular la actividad de las reacciones metabólicas en la célula es la regulación por el tipo de retroinhibición.

La biosíntesis de muchos metabolitos primarios se caracteriza por el hecho de que con un aumento en la concentración del producto final de esta vía biosintética, se inhibe la actividad de una de las primeras enzimas de esta vía. La presencia de dicho mecanismo regulador fue reportada por primera vez en 1953 por A. Novik y L. Szillard, quienes estudiaron la biosíntesis de triptófano por células de E. coli. El paso final en la biosíntesis de un aminoácido aromático dado consta de varias etapas catalizadas por enzimas individuales.

Estos autores encontraron que en uno de los mutantes de E. coli con biosíntesis alterada de triptófano, la adición de este aminoácido (que es el producto final de esta vía biosintética) inhibe fuertemente la acumulación de uno de los precursores, el indol glicerofosfato, en las células. Incluso entonces, se sugirió que el triptófano inhibe la actividad de alguna enzima que cataliza la formación de indol glicerofosfato. Esto ha sido confirmado.

La biotecnología moderna se basa en los logros de las ciencias naturales, la ingeniería, la tecnología, la bioquímica, la microbiología, la biología molecular y la genética. Los métodos biológicos se utilizan en la lucha contra la contaminación ambiental y las plagas de organismos vegetales y animales. Los logros de la biotecnología también pueden incluir el uso de enzimas inmovilizadas, la producción de vacunas sintéticas, el uso de tecnología celular en la reproducción.

Los hibridomas y los anticuerpos monoclonales producidos por ellos se utilizan ampliamente como fármacos diagnósticos y terapéuticos.

Las bacterias, los hongos, las algas, los líquenes, los virus y los protozoos desempeñan un papel importante en la vida de las personas. Desde la antigüedad, la gente los ha utilizado en los procesos de panadería, elaboración de vino y cerveza, y en diversas industrias. En la actualidad, en relación con los problemas de obtener sustancias proteicas valiosas, aumentar la fertilidad del suelo, limpiar el medio ambiente de contaminantes, obtener preparaciones biológicas y otras metas y objetivos, el rango de estudio y uso de microorganismos se ha expandido significativamente. Los microorganismos ayudan a los humanos en la producción de biogás y nutrientes proteicos eficientes. Se utilizan en la aplicación de métodos biotécnicos de purificación de aire y aguas residuales, en el uso de métodos biológicos para la destrucción de plagas agrícolas, en la producción de preparados medicinales, en la destrucción de materiales de desecho.

Algunos tipos de bacterias se utilizan para regenerar metabolitos y medicamentos valiosos, se utilizan para resolver los problemas de autorregulación biológica y biosíntesis, y para purificar cuerpos de agua.

Los microorganismos, y sobre todo las bacterias, son un objeto clásico para resolver problemas generales de genética, bioquímica, biofísica y biología espacial. Las bacterias se utilizan ampliamente para resolver muchos problemas en biotecnología.

Las reacciones microbiológicas debido a su alta especificidad son ampliamente utilizadas en los procesos de transformaciones químicas de compuestos de compuestos naturales biológicamente activos. Hay alrededor de 20 tipos de reacciones químicas que llevan a cabo los microorganismos. Muchos de ellos (hidrólisis, reducción, oxidación, síntesis, etc.) se utilizan con éxito en química farmacéutica. Para producir estas reacciones se utilizan diferentes tipos de bacterias, actinomicetos, hongos levaduriformes y otros microorganismos.

Se ha creado una industria biotecnológica para la producción de antibióticos, enzimas, interferón, ácidos orgánicos y otros metabolitos producidos por muchos microorganismos.

Algunos hongos de los géneros Aspergillus y Fusarium (A.flavus, A.ustus, A.oryzae, F.sporotrichiella) son capaces de hidrolizar glucósidos cardíacos, xilósidos y ramnósidos, así como glucósidos que contienen glucosa, galactosa o arabinosa como azúcar final . Con la ayuda de A. terreus, se obtiene ácido nicotínico.

En farmacia, las transformaciones microbiológicas se utilizan para obtener sustancias fisiológicamente más activas o productos semielaborados, cuya síntesis por medios puramente químicos se logra con gran dificultad o no es posible en absoluto.

Las reacciones microbiológicas se utilizan en el estudio del metabolismo de las sustancias medicinales, el mecanismo de su acción, así como para dilucidar la naturaleza y la acción de las enzimas.

Los productores de sustancias biológicamente activas son muchos protozoos. En particular, los protozoos que viven en el rumen de los rumiantes producen la enzima celulasa, que promueve la descomposición de la fibra (celulosa).

Los protozoos son productores no solo de enzimas, sino también de histonas, serotonina, lipopolisacáridos, lipopolipeptidoglucanos, aminoácidos, metabolitos utilizados en medicina y medicina veterinaria, industria alimenticia y textil. Son uno de los objetos utilizados en biotecnología.

El agente causal de la tripanosomiasis sudamericana, Trypanosoma cruzi, es un productor del fármaco anticanceroso crucin y su análogo, la tripanosa. Estos fármacos tienen un efecto citotóxico sobre las células de los tumores malignos.

Trypanosoma lewisi, Crithidia oncopelti y Astasia longa también son productores de inhibidores del antiblastoma.

El fármaco astalizida, producido por Astasia longa, no solo tiene un efecto antiblastoma, sino también antibacteriano (contra E. coli y Pseudomonas aeruginosa), así como antiprotozoario (contra Leischmania).

Los más simples se utilizan para obtener ácidos grasos poliinsaturados, polisacáridos, histonas, serotonina, enzimas, glucanos para uso en medicina, así como en la industria alimentaria y textil.

Herpetomonas sp. Y Crithidia fasciculate produce polisacáridos que protegen a los animales de Trpanosoma cruzi.

Dado que la biomasa de los protozoos contiene hasta un 50 % de proteína, los protozoos de vida libre se utilizan como fuente de proteínas para piensos para animales.

Los preparados enzimáticos de Aspergillus oryzae se utilizan en la industria cervecera, mientras que las enzimas de A.niger se utilizan en la producción y clarificación de zumos de frutas y ácido cítrico. El horneado de productos horneados se mejora mediante el uso de enzimas A.oryzae y A.awamori. En la producción de ácido cítrico, vinagre, forrajes y productos de panadería, se mejoran los indicadores de desempeño cuando se utiliza Aspergillus niger y actinomicetos en el proceso tecnológico. El uso de preparaciones de pectinasa purificada a partir del micelio de A. niger en la producción de jugos ayuda a aumentar su rendimiento, reducir la viscosidad y aumentar la clarificación.

Las enzimas bacterianas (Bac.subtilis) se utilizan para conservar la frescura de los productos de confitería y cuando no se desea una descomposición profunda de las sustancias proteicas. El uso de preparados enzimáticos de Bac.subtilis en la industria de la confitería y la panadería mejora la calidad y ralentiza el proceso de productos rancios. Enzimas

Bac.mesentericus activa el despellejamiento de las pieles en bruto.

Los microorganismos se utilizan ampliamente en las industrias alimentaria y de fermentación.

La levadura de leche es ampliamente utilizada en la industria láctea. Con su ayuda preparar koumiss, kéfir. Las enzimas de estos microorganismos descomponen el azúcar de la leche en alcohol y dióxido de carbono, por lo que mejora el sabor del producto y aumenta su digestibilidad por el organismo. Cuando se obtienen productos de ácido láctico en la industria láctea, se usa mucho la levadura, que no fermenta el azúcar de la leche y no descompone las proteínas y las grasas. Contribuyen a la conservación del aceite y aumentan la viabilidad de las bacterias del ácido láctico. La levadura pelicular (mycoderma) contribuye a la maduración de los quesos lácticos.

Los hongos Penicillum roqueforti se utilizan en la producción de queso Roquefort, y los hongos Penicillum camemberi se utilizan en el proceso de maduración del queso de aperitivo.

En la industria textil se utiliza mucho la fermentación de pectina, proporcionada por la actividad enzimática de Granulobacter pectinovorum, Pectinobacter amylovorum. La fermentación de la pectina es la base del procesamiento inicial del lino fibroso, el cáñamo y otras plantas que se utilizan para fabricar hilados y telas.

Casi todos los compuestos naturales son descompuestos por bacterias, debido a su actividad bioquímica, no solo en reacciones oxidativas que involucran oxígeno, sino también anaeróbicamente con aceptores de electrones como nitrato, sulfato, azufre, dióxido de carbono. Las bacterias participan en los ciclos de todos los elementos biológicamente importantes y aseguran la circulación de sustancias en la biosfera. Muchas reacciones clave del ciclo de la materia (por ejemplo, nitrificación, desnitrificación, fijación de nitrógeno, oxidación y reducción de azufre) son realizadas por bacterias. El papel de las bacterias en los procesos de destrucción es decisivo.

Muchos tipos y variedades de levadura tienen la capacidad de fermentar varios carbohidratos para formar alcohol y otros productos. Son ampliamente utilizados en las industrias cervecera, vinícola y panadera. Representantes típicos de tales levaduras son Saccharomyces cerevisial, S.ellipsoides.

Muchos microorganismos, incluidos los de tipo levadura y algunos tipos de hongos microscópicos, se han utilizado durante mucho tiempo en la transformación de diversos sustratos para obtener diversos tipos de productos alimenticios. Por ejemplo, el uso de levadura para producir pan poroso a partir de harina, el uso de hongos de los géneros Rhisopus, Aspergillus para la fermentación de arroz y soja, la producción de productos de ácido láctico utilizando bacterias de ácido láctico, levadura, etc.

Los mutantes auxotróficos de Candida guillermondii se utilizan para estudiar la flavinogénesis. Los hongos hifales son muy capaces de asimilar hidrocarburos de petróleo, parafina, n-hexadecano y combustible diesel.

Para diversos grados de purificación de estas sustancias, se utilizan especies de los géneros Mucorales, Penicillium, Fusarium, Trichoderma.

Las cepas de Penicillium se utilizan para la utilización de ácidos grasos, y los alcoholes grasos secundarios se procesan mejor en presencia de cepas de Penicillium y Trichoderma.

Las especies de hongos Aspergillus, Absidia, Cunningham, Ella, Fusarium, Mortierella, Micor, Penicillium, Trichoderma, Periconia, Spicaria se utilizan en la eliminación de parafinas, aceite de parafina, combustible diesel, hidrocarburos aromáticos, alcoholes polihídricos, ácidos grasos.

Penicillium vitale se utiliza para obtener una preparación de glucosa oxidasa purificada que inhibe el desarrollo de dermatomicetos patógenos Microsporum lanosum, Achorion gypseum, Trichophyton gypseum, Epidermophyton kaufman.

El uso industrial de microorganismos para la obtención de nuevos productos alimenticios contribuyó a la creación de industrias como la panificadora y láctea, la producción de antibióticos, vitaminas, aminoácidos, alcoholes, ácidos orgánicos, etc.

El uso de bacterias lácticas verdaderas (Bact.bulgaricum, Bact.casei, Streptococcus lactis, etc.) o sus combinaciones con levaduras en la industria alimentaria permite obtener no solo ácido láctico, sino también ácido láctico y productos vegetales ácidos. Estos incluyen leche cuajada, matsoni, leche horneada fermentada, crema agria, requesón, chucrut, pepinos y tomates encurtidos, quesos, kéfir, masa de pan agrio, kvas de pan, koumiss y otros productos. Para la preparación de leche cuajada y requesón, se utilizan Str.lactis, Str.diacetilactis, Str.paracitrovorus, Bact.acidophilum.

En la preparación del aceite se utilizan bacterias aromatizantes y estreptococos lácticos Str.lactis, Str.cremoris, Str.diacetilactis, Str.citrovorus, Str.paracitrovorus.

Las falsas bacterias ácido lácticas (E. coli commune, Bact. Lactis aerogenes, etc.) intervienen en los procesos de ensilado de forrajes verdes.

Entre los metabolitos de una célula microbiana, un lugar especial lo ocupan sustancias de naturaleza nucleótida, que son productos intermedios en el proceso de oxidación biológica. Estas sustancias son una materia prima muy importante para la síntesis de derivados de ácidos nucleicos, valiosos fármacos antimicrobianos y antiblastomas, y otras sustancias biológicamente activas para la industria microbiológica y la agricultura.

La síntesis microbiológica básicamente representa las reacciones que tienen lugar en las células vivas. Para llevar a cabo dicha síntesis, se utilizan bacterias que son capaces de fosforilar bases púricas y pirimidínicas, sus nucleósidos o análogos sintéticos de componentes de ácidos nucleicos de bajo peso molecular.

E.coli, S.typhimurium, Brevibacterium liguefaciens, B.ammonia genes, Mycobacterium sp., Corynebacterium flavum, Murisepticum sp., Arthrobacter sp., tienen tales capacidades.

Los microorganismos también se pueden utilizar en la extracción de carbón a partir de minerales. Las bacterias litotróficas (Thiobacillus ferrooxidous) oxidan el sulfato ferroso a sulfato ferroso. El óxido de hierro de sulfato, a su vez, oxida el uranio tetravalente, como resultado de lo cual el uranio en forma de complejos de sulfato precipita en la solución. El uranio se extrae de la solución por métodos hidrometalúrgicos.

Además del uranio, se pueden lixiviar de las soluciones otros metales, incluido el oro. La lixiviación bacteriana de metales debida a la oxidación de los sulfuros contenidos en el mineral permite extraer metales de minerales mal equilibrados.

Una forma muy rentable y energéticamente eficiente de convertir la materia orgánica en combustible es la metanogénesis con la participación de un sistema microbiano multicomponente. Las bacterias formadoras de metano, junto con la microflora acetogénica, convierten las sustancias orgánicas en una mezcla de metano y dióxido de carbono.

Los microorganismos pueden usarse no solo para producir combustibles gaseosos, sino también para aumentar la producción de petróleo.

Los microorganismos pueden formar sustancias tensioactivas que reducen la tensión superficial en la interfaz entre el petróleo y el agua desplazándolo. Las propiedades de desplazamiento del agua aumentan con el aumento de la viscosidad, lo que se logra mediante el uso de moco bacteriano, que consiste en polisacáridos.

Con los métodos existentes para desarrollar campos petroleros, no se extrae más de la mitad de las reservas geológicas de petróleo. Con la ayuda de microorganismos, es posible garantizar el lavado del petróleo de los yacimientos y su liberación del esquisto bituminoso.

Las bacterias oxidantes del metano colocadas en la capa de aceite descomponen el aceite y contribuyen a la formación de gases (metano, hidrógeno, nitrógeno) y dióxido de carbono. A medida que se acumulan los gases, su presión sobre el aceite aumenta y, además, el aceite se vuelve menos viscoso. Como resultado, el petróleo del pozo comienza a salir a borbotones.

Debe recordarse que el uso de microorganismos en cualquier condición, incluidas las geológicas, requiere la creación de condiciones favorables para un sistema microbiano complejo.

El uso del método microbiológico para aumentar la producción de petróleo depende en gran medida de la situación geológica. El desarrollo de bacterias reductoras de sulfato en la formación puede provocar una producción excesiva de sulfuro de hidrógeno y la corrosión de los equipos y, en lugar de aumentar la porosidad, las bacterias y su limo pueden obstruir los poros.

Las bacterias contribuyen a la lixiviación de metales de antiguas minas de las que se selecciona el mineral y de vertederos. En la industria se utilizan procesos de lixiviación microbiológica para obtener cobre, zinc, níquel y cobalto.

En la zona de labores mineras, debido a la oxidación de los compuestos de azufre por parte de los microorganismos de las minas, se forman y acumulan aguas ácidas de mina. El ácido sulfúrico tiene un efecto destructivo sobre los materiales, las estructuras, el medio ambiente y transporta metales con él. Puede purificar el agua, eliminar sulfatos y metales, alcalinizar la reacción con la ayuda de bacterias reductoras de sulfato.

La formación biogénica de sulfuro de hidrógeno se puede utilizar para purificar las aguas de las industrias metalúrgicas. Las bacterias fotosintéticas anaerobias provocan una descomposición profunda de la materia orgánica.

Se han encontrado cepas bacterianas capaces de procesar productos plásticos.

La introducción de sustancias antropogénicas en exceso conduce a una violación del equilibrio natural establecido.

En las etapas iniciales del desarrollo de la industria, bastaba con dispersar los contaminantes en los cursos de agua, de los que se eliminaban por autodepuración natural. Las sustancias gaseosas se dispersaron en el aire a través de tuberías altas.

Hoy en día, la eliminación de residuos se ha convertido en un problema muy grave.

En los sistemas de purificación, cuando se purifica el agua a partir de sustancias orgánicas, se utiliza un método biológico que utiliza un sistema de microflora mixta (bacterias aerobias, algas, protozoos, bacteriófagos, hongos), lodos activados, biopelículas, sustancias oxidantes entrantes.

Los representantes de la mezcla microbiana contribuyen a la intensificación de los procesos naturales de purificación del agua. Pero debe recordarse que la condición para el funcionamiento estable de la comunidad microbiana es la constancia de la composición del medio ambiente.

Las bacterias, el fitoplancton y el zooplancton se utilizan para tratar las aguas residuales y mantener la calidad de las aguas superficiales y subterráneas. El tratamiento biológico de las aguas residuales se puede llevar a cabo a diferentes niveles: antes de que se viertan en un embalse, en las propias aguas superficiales, en las aguas subterráneas durante los procesos de autodepuración.

Los microorganismos se utilizan ampliamente en la purificación biológica de aguas marinas a partir de productos derivados del petróleo.

El proceso debe estar asegurado por el suministro de oxígeno en cantidades suficientes a una temperatura constante.

Una de las tareas de la biotecnología es el desarrollo de una tecnología para la obtención de proteínas a partir de microorganismos a partir de diversos tipos de sustratos vegetales, a partir de metano e hidrógeno purificado, a partir de una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono, a partir de hidrocarburos de aceites pesados ​​a partir de levaduras o bacterias metilotróficas, Candida tropicalis, bacterias que oxidan el metano y descomponen la celulosa y otros microbios.

El uso de cepas activas de especies de hongos microscópicos contribuye al enriquecimiento de alimentos tales como piensos mixtos, pulpa, salvado con proteínas y aminoácidos. Para ello, se utilizan especies seleccionadas no tóxicas de crecimiento rápido de micromicetos termo y mesofílicos Fusarium sp., Thirlavia sp., así como algunos tipos de hongos superiores.

Otro ejemplo del uso industrial de hongos en biotecnología es el cultivo de especies de hongos entomopatógenos, en particular Beanvtria bassiana y Entomophthora thaxteriana para la elaboración de preparados "boverina" y "afedina" utilizados para combatir pulgones fitopatógenos.

Cepas seleccionadas del caroteno hipersintético natural del hongo Blakeslee trispora se utilizan en la producción industrial de caroteno, el cual es importante en los procesos de crecimiento y desarrollo de los animales, aumentando su resistencia a enfermedades.

Las cepas seleccionadas de Trichoderma viride se utilizan en la producción industrial de la preparación de trichodermina a base de ellas para combatir hongos fitopatógenos, especialmente cuando se cultivan plantas en condiciones de invernadero (pepino Fusarium, enfermedades de las plantas con flores).

La fosfobacterina, obtenida de Baccilus megathrtium, es un medio eficaz para aumentar el rendimiento de la remolacha forrajera, el repollo, las papas y el maíz. Bajo la influencia de esta droga, aumenta el contenido de fósforo soluble en el suelo de la rizosfera, así como el fósforo y el nitrógeno en la masa verde.

La condición más importante para la alta productividad de las leguminosas es mejorar la síntesis de sustancias nitrogenadas por parte de las leguminosas a expensas del nitrógeno atmosférico. Los microbios de nódulos de los géneros Rhizobium, Eubacteriales, Actinomycetales, Mycobacteriales, especies Azotobacter chroococcum, Clostridium pasterianum juegan un papel importante en la asimilación del nitrógeno atmosférico por parte de las plantas.

A partir de las células de Clostridium pasterianum, Rhodospirillum rubrum, Bac.polymixa, bacterias de los géneros Chromatium y Klebsiella, se obtuvieron preparados fijadores de nitrógeno que favorecen la asimilación del nitrógeno del aire por las plantas.

En agricultura, para aumentar la productividad, se utilizan fertilizantes bacterianos como Azotobacterin (preparado a partir de Azotobacter), Nitragin (de bacterias de nódulos), Phosphobacterin (de Bac. Megatherium).

La agricultura utiliza fertilizantes y pesticidas. Una vez en el medio natural, estas sustancias tienen un impacto negativo en las relaciones naturales en las biocenosis y, en última instancia, a lo largo de la cadena alimentaria, estas sustancias tienen un impacto negativo en la salud humana. Los microorganismos aeróbicos y anaeróbicos juegan un papel positivo en la destrucción de estas sustancias en el agua.

En la agricultura, se utiliza la protección biológica de las plantas contra las plagas. Para este propósito, se utilizan varios organismos: bacterias, hongos, virus, protozoos, aves, mamíferos y otros organismos.

La idea de un método microbiológico de control de plagas fue propuesta por primera vez por Mechnikov en 1879.

Hoy en día se están elaborando preparados microbiológicos que destruyen muchos insectos dañinos.

Con la ayuda de la enterobacterina, puedes combatir casi todas las orugas de mariposas. Entre las plagas de las plantas de frutas y bayas se encuentran la polilla de la manzana, el espino, la crisopa, el gusano de seda anillado, los gusanos de las hojas, etc.

La droga viral virina es muy eficaz contra las orugas que dañan las especies de árboles forestales.

Los microorganismos del suelo son uno de los grupos ecológicos más grandes. Desempeñan un papel importante en la mineralización de la materia orgánica y la formación de humus. En la agricultura, los microorganismos del suelo se utilizan para producir fertilizantes.

Algunos tipos de microorganismos del suelo: bacterias, hongos (principalmente ascomicetos), protozoos entran en asociaciones complejas (asociaciones) con algas, que son componentes de las biocenosis tanto del agua como del suelo.

Las algas, como componentes activos de la microflora del suelo, juegan un papel importante en el ciclo biológico de los elementos de ceniza.

Las algas junto con otros microorganismos se utilizan en biotecnología.

De los más de 100 mil microorganismos conocidos, solo unos pocos cientos de especies se utilizan en la industria, ya que una cepa industrial debe cumplir una serie de requisitos estrictos:

1) crecer en sustratos baratos;

2) tener una alta tasa de crecimiento o dar un alto rendimiento de producto en poco tiempo;

3) mostrar actividad sintética hacia el producto deseado; la formación de subproductos debe ser baja;

4) ser estable en relación a la productividad ya las exigencias de las condiciones de cultivo;

5) ser resistente a fagos y otros tipos de infecciones;

6) ser inocuo para las personas y el medio ambiente;

7) las cepas termófilas, acidófilas (o alcofílicas) son deseables, ya que con ellas es más fácil mantener la esterilidad en la producción;

8) las cepas anaeróbicas son de interés, ya que las cepas aeróbicas crean dificultades en el cultivo, requieren aireación;

9) el producto resultante debe tener valor económico y ser fácilmente aislado.

En la práctica, se utilizan cepas de cuatro grupos de microorganismos:

- levadura;

- hongos filamentosos (mohos);

– bacterias;

- ascomicetos.

El término "levadura" en sentido estricto no tiene significado taxonómico. Estos son eucariotas unicelulares pertenecientes a tres clases: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes.

Los ascomicetos incluyen, en primer lugar, Saccharomyces cerevisiae, ciertas cepas de las cuales se utilizan en la elaboración de cerveza, vinificación, producción de pan y alcohol etílico.

Los ascomicetos Saccharomyces lipolytica degradan los hidrocarburos del aceite y se utilizan para obtener masa proteica.

Deuteromycete Candida utilis se utiliza como fuente de proteínas y vitaminas y se cultiva a partir de materias primas no alimentarias: licores de sulfito, hidrolizados de madera e hidrocarburos líquidos.

El deuteromiceto Trichosporon cutaneum oxida muchos compuestos orgánicos, incluidos los tóxicos (por ejemplo, fenol), y se utiliza en el tratamiento de aguas residuales.

Uso de los hongos miceliares:

– en la obtención de ácidos orgánicos: cítrico (Aspergillus niger), glucónico (Aspergillus niger), itacónico (Aspergillus terreus), furmárico (Rhizopus chrysogenum);

- en la obtención de antibióticos (penicilina y cefalosporina);

– en la producción de tipos especiales de queso: Camembert (Penicillium camamberti), Roquefort (Penicillium roqueforti);

- provocar hidrólisis en medios sólidos: en almidón de arroz al obtener sake, en soja al obtener tempeh, miso.

Las bacterias beneficiosas se llaman eubacterias.

Las bacterias del ácido láctico de los géneros Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus se han utilizado industrialmente durante mucho tiempo.

Las bacterias del ácido acético de los géneros Acetobater, Gluconobacter convierten el etanol en ácido acético.

Las bacterias del género Bacillus se utilizan para producir toxinas dañinas para los insectos, así como para sintetizar antibióticos y aminoácidos.

Las bacterias del género Corynebacterium se utilizan para producir aminoácidos.

De los actinomicetos, los más representativos son los géneros Streptomyces y Micromonospora, que se utilizan como productores de antibióticos. Cuando crecen en medios sólidos, los actinomicetos forman un micelio delgado con hifas aéreas, que se diferencian en cadenas de conidiosporas.

Actualmente, con la ayuda de microorganismos, se sintetizan los siguientes compuestos:

- alcaloides,

- aminoácidos,

- antibióticos,

- antimetabolitos,

– antioxidantes,

- proteínas,

- vitaminas,

- herbicidas,

– inhibidores de enzimas,

- insecticidas,

- ionóforos,

- coenzimas

- lípidos,

- ácidos nucleicos,

- nucleótidos y nucleósidos

- oxidantes,

- Ácidos orgánicos

- pigmentos,

- tensioactivos,

- polisacáridos,

- agentes antihelmínticos,

– agentes anticancerígenos,

- disolventes,

- hormonas de crecimiento vegetal

- azúcar,

- esteroles y sustancias transformadas,

– factores de transporte de hierro,

- sustancias farmacéuticas

- enzimas

- emulsionantes.

2 PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS UNICELULARES

ORGANISMOS

^

2.1 La factibilidad de usar microorganismos para

producción de proteínas

De acuerdo con las normas de nutrición, una persona debe recibir diariamente de 60 a 120 g de proteína completa con alimentos.

Para mantener las funciones vitales del cuerpo, construyendo células y tejidos, es necesaria una síntesis constante de varios compuestos proteicos. Si las plantas y la mayoría de los microorganismos pueden sintetizar todos los aminoácidos a partir de dióxido de carbono, agua, amoníaco y sales minerales, los humanos y los animales no pueden sintetizar algunos aminoácidos (valina, leucina, isoleucina, lisina, metionina, treonina, triptófano y fenilalanina). Estos aminoácidos se denominan esenciales. Deben provenir de la comida. Su deficiencia provoca graves enfermedades humanas y reduce la productividad de los animales de granja.

Actualmente, el déficit mundial de proteínas es de unos 15 millones de toneladas. La síntesis microbiológica más prometedora. Si para el ganado se necesitan 2 meses para duplicar la masa proteica, para cerdos - 1,5 meses, para pollos - 1 mes, luego para bacterias y levaduras - de 1 a 6 horas. La producción mundial de productos de proteínas alimentarias debido a la síntesis microbiana es de más de 15 mil toneladas por año.

Considere un ejemplo: el tiempo de duplicación de Escherichia coli es de 20 minutos, luego, después de 20 minutos, se forman dos células hijas a partir de una célula, después de 40 minutos, cuatro "nietas", después de 60 minutos, ocho "bisnietas", después de 80 minutos - 16 "tataranietas". Después de 10 horas y 40 minutos, se formarán más de 6 mil millones de bacterias a partir de una bacteria, lo que corresponde a la población de la Tierra, y después de 44 horas, a partir de una bacteria que pesa 1 10 -12 g, se formará biomasa en la cantidad de 6 10 24 g, que corresponde a la masa de la Tierra.

El uso de diversos microorganismos como fuentes de proteínas y vitaminas se debe a los siguientes factores:

a) la posibilidad de utilizar diversos compuestos químicos para el cultivo de microorganismos, incluidos los residuos de producción;

B) una tecnología relativamente simple para la producción de microorganismos, que se puede realizar durante todo el año; la posibilidad de su automatización;

C) alto contenido de proteínas (hasta 60...70%) y vitaminas, así como carbohidratos, lípidos en preparaciones microbianas;

D) alto contenido de aminoácidos esenciales en comparación con las proteínas vegetales;

E) la posibilidad de influencia genética dirigida sobre la composición química de los microorganismos para mejorar el valor proteico y vitamínico del producto.

Para la producción industrial de productos alimenticios a base de microorganismos se requiere una cuidadosa investigación biomédica. Dichos productos deben someterse a pruebas exhaustivas para identificar efectos cancerígenos, mutagénicos y embriotrópicos en humanos y animales. Los estudios toxicológicos, la digestibilidad de los productos de síntesis microbiana son los principales criterios para la conveniencia de su tecnología de producción.

La levadura, las bacterias, las algas y los hongos filamentosos se utilizan para producir proteínas.

La ventaja de la levadura sobre otros microorganismos es su fabricabilidad: resistencia a infecciones, facilidad de separación del medio debido al gran tamaño de las células. Son capaces de acumular hasta un 60% de proteína rica en lisina, treonina, valina y leucina (estos aminoácidos son escasos en los alimentos vegetales). La fracción de masa de los ácidos nucleicos es de hasta el 10%, lo que tiene un efecto nocivo en el cuerpo. Como resultado de su hidrólisis, se forman muchas bases de purina, que luego se convierten en ácido úrico y sus sales, que son la causa de la urolitiasis, la osteocondrosis y otras enfermedades. La tasa óptima de adiciones de masa de levadura al alimento de los animales de granja es de 5 a 10% de materia seca. La levadura se utiliza para alimentos y piensos.

Las ventajas de las bacterias son una alta tasa de crecimiento y la capacidad de sintetizar hasta el 80% de la proteína. La proteína resultante contiene muchos aminoácidos deficientes: metionina y cisteína. Las desventajas son el pequeño tamaño de las células y su baja concentración en el medio de cultivo, lo que complica el proceso de aislamiento. Algunos lípidos bacterianos pueden contener toxinas. Fracción de masa de ácidos nucleicos hasta 16%. Se utiliza solo con fines de alimentación.

Las ventajas de las algas son el alto contenido de una proteína completa en términos de composición de aminoácidos, que se acumula en una cantidad del 65 %, el fácil aislamiento de las algas del medio de cultivo, el bajo contenido de ácidos nucleicos: 4 % (para comparación, en plantas superiores 1 ... 2%). Las algas se utilizan para alimentos y piensos.

Los champiñones se utilizan tradicionalmente como producto alimenticio en los países africanos, en la India, Indonesia, China, etc. Acumulan hasta un 50% de proteína, que, en cuanto a la composición de aminoácidos, se acerca a la proteína de origen animal, son ricas en Vitaminas B. Las paredes celulares son delgadas y se digieren fácilmente en el tracto gastrointestinal tracto intestinal de los animales. La fracción de masa de ácidos nucleicos es del 2,5%.

Desde 1985, la proteína microbiana se ha utilizado en la industria alimentaria para la fabricación de diversos productos y productos semiacabados.

Se consideran tres usos principales de la proteína microbiana en la producción de alimentos:

1) masa entera (sin destrucción de las paredes celulares);

2) biomasa parcialmente purificada (se prevé la destrucción de las paredes celulares y la eliminación de componentes indeseables);

3) proteínas aisladas de biomasa (aislados).

La OMS (Organización Mundial de la Salud) ha llegado a la conclusión de que la proteína de los microorganismos se puede utilizar en los alimentos, pero la cantidad permitida de ácidos nucleicos introducidos con la proteína en la dieta de un adulto no debe exceder los 2 g por día. La introducción de proteína microbiana no causa consecuencias negativas, pero ocurren reacciones alérgicas, enfermedades gástricas, etc.