Microbiologia industrială (tehnică) reprezintă un compartiment al biotehnologiei care are ca scop obţinerea pe cale industrială a diferitor produse necesare, cu participarea nemijlocită a diferitor microorganisme.
Utilizarea microorganismelor în calitate de obiecte de studiu are următoarele avantaje:– repartizarea variată a microorganismelor (bacteriile, actinomicetele (ciupercile radiare), levurile, mucegaiurile, virusurile pot fi întâlnite în sol, apă, aer; la o adâncime de 11 300 m şi la o înălţime de 85 km; la o temperatură de la -70ºC la +90 (110ºC); în soluţii ce conţin 35% NaCl, ceea ce permite cultivarea microorganismelor în cele mai diverse condiţii);– dimensiunile microorganismelor (diametrul bacteriilor în mediu atinge 1-2μ (1 μ=10-3mm), lungimea – 5-500 μ, iar masa unui gram este echivalentă cu masa a 100 miliarde de bacterii, ceea ce permite cultivarea microorganismelor în bioreactoare speciale în cantităţi foarte mari);– structura microorganismelor (după structura aparatului ereditar, microorganismele se caracterizează printr-o diversitate mare (organisme procariote – bacteriile, actinomicetele, algele albastre şi eucariote – levurile, mucegaiurile, algele microscopice), ceea ce permite obţinerea rapidă a noilor suşe superproducente de microorganisme);– viteza de multiplicare a microorganismelor (colibacilul (Escherichia coli) se divide la fiecare 15-20 min, levurile (Saccharomyces cerevisiae) – 1-1,5 ore, ceea ce permite obţinerea unei biomase considerabile într-o perioadă limitată de timp);– diversitatea căilor metabolice (microorganismele pot fi autotrofe (utilizează pentru sinteza substanţelor organice substanţe neorganice (CO2, H2S, NH3 etc.); pe contul energiei solare (fotoautotrofe) sau a energiei reacţiilor chimice (chemoautotrofe)) şi heterotrofe (utilizează substanţe organice gata sintetizate (saprofiţi – resturi vegetale ori animale sau paraziţi – trăiesc pe contul altor organisme)). Datorită acestei proprietăţi a microorganismelor, în calitate de substrat nutritiv se utilizează o gamă largă de substanţe (poliozide, petrol, resturi de la prelucrarea lemnului, amestecuri de gaze etc.).Din peste 100 000 de specii de microorganisme de tip procariot şi eucariot, cunoscute în prezent, omul utilizează pentru producerea substanţelor utile doar câteva sute de specii.În tabelul 1 sunt oglindite principalele grupe de microorganisme utilizate pentru obţinerea substanţelor utile.Pentru obţinerea microbiologică a produselor utile sunt folosite diferite culturi de microorganisme, diverse substraturi, variate medii nutritive (solide, lichide, semilichide) şi metode de cultivare (culturi în suspensie, culturi de protoplaşti, culturi în flux continuu etc.).Schema de obţinere a produselor microbiologice este universală şi conţine următoarele etape:1) alegerea producentului (cu o productivitate şi rezistenţă înaltă);2) alegerea mediului nutritiv (accesibilitatea, eficacitatea);3) elaborarea regimului de cultivare (realizarea potenţialului biosintetic al producentului în/pe substratul ales);4) prelucrarea şi obţinerea produsului (separarea, concentrarea, centrifugarea, leofilizarea, purificarea).Biopreparatele microbiologice pot fi grupate în:1) biopreparate ce au la bază microorganisme vii (bioinsecticidele, îngrăşămintele bacteriene);2) biopreparate ce au la bază biomasa inactivată a celulelor microbiene (proteina furajeră);3) biopreparate obţinute în baza produselor metabolice ale microorganismelor (vitamine, aminoacizi, enzime, antibiotice, poliozide etc.).
Tabelul 1Obţinerea de produse utile din microorganisme
Grupa de microorganisme Specia Produse obţinute Bacteriia) arhibacteriib) eubacterii Methylophilus methylotrophusAcetobacter sp.Lactobacillus bulgaricusPropionibacterium sp.Streptococcus sp. şi Lactobacillus sp.Pseudomonas denitrificansLeuconostoc mesenteroides şi Xanthomonas campestrisClostridium acetobutyricumBacillus sp. şi Citophaga sp.Corynebacterium glutamicumSrteptomyces sp.
Bacillus brevisBacillus thuringiensis
Escherichia coli
Azotobacter chroococcum şi Rizobium sp. proteine monocelulare din metan sau metanoloţetiaurtcaşcavalproduse lactate
vitamina B12polizaharide (dextrani, xantani)
acetonă şi butanolenzime celulozoliticeaminoacizi (lizina, acidul glutamic)antibiotice (streptomicina, tetracicline)antibiotice (gramicidina C)bioinsecticide (turinghina, dendrobacilina)hormoni (insulina, somatostatina), interferonîngrăşăminte bacteriene(azotobacterina, nitragina)
Drojdii Saccharomyces cerevisiae Sac. carlsbergensisCandida utilisEremothecium ashbyii pâine, vin, etanolbere uşoarăproteine monocelulare din petrolvitamina B2 Mucegaiuri Aspergillus sp.Trichoderma reesiiAspergillus nigerPenicillium chrysogenumBauveria sp.Penicillum roquefortiiPenicillum camambertii enzime (pectinaze, proteaza)enzime (celulaza)acizi organici (citric, gluconic)antibiotice (penicilina)bioinsecticide (boverina)brânza de tip Roquefortbrânza de tip Camambert
Alge microscopice Spirulina sp.Chlorella sp.Scendesmus sp. proteine monocelulare, carotină, glicerină, pigmenţi
Studiile recente accentuează că pentru alimentaţia umană normală necesarul de proteine furajere este de circa 500 milioane tone anual. În prezent însă producţia mondială de proteine furajere de origine vegetală sau animală nu depăşeşte 75 milioane tone pe an. Din acest motiv, este necesară utilizarea noilor surse de proteină, semiconvenţionale (extracte de soia, concentrate de peşte) şi neconvenţionale (proteinele furnizate de bacterii, drojdii, mucegaiuri, alge).Folosirea microorganismelor la producerea proteinei furajere oferă numeroase avantaje:– au un conţinut ridicat de proteină (30-70%);– accesibilitate înaltă (circa 80%);– au un conţinut ridicat de aminoacizi esenţiali (o tonă de proteină din drojdii conţine 41-42 kg de lizină (o tonă de ovăz – de 10 ori mai puţin), 65-100 kg de acid glutamic (o tonă de ovăz – de 2-5 ori mai puţin));– au un conţinut ridicat de vitamine (o tonă de proteină din drojdii conţine de 5-10 ori mai multă vitamină B3 (acidul pantotenic), de 2-6 ori mai multă – vitamină B4 (holina), de 20-40 ori mai multă – vitamina B2 (riboflavina) decât o tonă de ovăz, mazăre sau soia);– cultivarea microorganismelor nu necesită suprafeţe mari de teren; permite operarea cu cantităţi foarte mari de microorganisme, utilizează diferite materii prime (melase, zeruri, reziduuri industriale, petrol, gaze naturale etc.) şi suşe superproducente de microorganisme.Pentru obţinerea proteinei furajere se utilizează tehnici de cultură în flux continuu, având ca materie primă reziduurile industriale, îndeosebi cele ale industriei alimentare, disponibile şi ieftine.În Suedia, pe reziduurile de la prelucrarea cartofului, au fost cultivate drojdiile Candida utilis şi Endomycopsis fubuliger (proiectul “Simba”). E.fubuliger elimină în mediu o enzimă (glucoamilaza), care hidrolizează amidonul până la glucoză, datorită căreia C. utilis acumulează o biomasă de circa 2 kg pe oră.Dacă la alimentarea bovinelor se adaugă 1 tonă de drojdii, se obţine un surplus de 1–1,5 tone de carne şi se economisesc 7–8 tone de cereale. Productivitatea medie a întreprinderilor producătoare de proteină furajeră este de 2–30 tone pe zi.Nutreţurile de origine vegetală au un deficit de aminoacizi, îndeosebi de cei esenţiali (lizină, valină, triptofan, metionină ş.a.), ce poate fi înlăturat prin producere biosintetică.La cultivarea diferitelor suşe superproducente de Brevibacterium flavum şi Corynebacterium glutamicum, din zahărul conţinut în mediul de cultură se pot sintetiza până la 50 grame de acid glutamic şi 75 grame de lizină pe litru de mediu.În anii ’80, producţia de acid glutamic era de 300-400 mii tone pe an, iar de lizină – 150-200 mii tone pe an. Circa 66% din producţia industrială a aminoacizilor este utilizată în calitate de supliment la proteinele furajere, 31% – pentru alimentaţia omului şi suplimentarea raţiilor alimentare ale animalelor domestice, 4% – în medicină, cosmetică, în calitate de reactivi chimici.5000 tone de lizină sunt suficiente pentru a neutraliza disbalanţa acestui aminoacid în 2,5 milioane de tone de nutreţuri şi pentru a obţine suplimentar circa 140 mii tone de carne.Suplinirea nutreţurilor cu diferite produse de origine microbiană se practică pe larg în diferite ţări.(tabelul 2).Tabelul 2Producerea suplimentelor la nutreţuri în JaponiaJapan chemical week, 1987
Suplimente Producerea, în mii kg
TOTAL utilizate în nutreţuri pentru Găini pentru ouă Găini pentru carne Porcine Bovine pentru lapte Bovine pentru carne 1 2 3 4 5 6 7 volumul producerii
în anul 1985 79164 14658 17187 37583 2076 6766 în anul 1986 78894 14941 17262 36732 2473 6442 în anul 1987 78888 14814 17265 36752 2472 6449 Inclusiv: antibiotice 1158 44 470 601 6 36 preparate antibacteriene 359 46 77 236 – – sintetice 5656 1217 1892 1794 238 442 vitamine 4316 594 499 1841 612 622 suplimente minerale 6999 1453 3842 1595 1 63
Tabelul 2(continuare)
1 2 3 4 5 6 7 aminoacizi 1628 57 63 565 349 543 Preparate contra mucegaiurilor şi antioxidanţi 58773 11402 10422 30165 1207 4763
Odată cu recolta din sol sunt extrase elementele minerale accesibile plantelor. Iată de ce, în afară de îngrăşămintele minerale, pentru neutralizarea acestor pierderi, sunt utilizate îngrăşămintele bacteriene (nitragina, azotobacterina, fosfobacterina etc.), obţinute pe cale microbiologică la cultivarea bacteriilor azotfixatoare (Rhizobium sp., Azotobacter sp.) sau a bacteriilor ce degradează compuşii organici ai fosforului (Bacillus megaterium var. phosphaticum).Azotobacterina (3-6 kg/ha) sporeşte cu 10-18% recolta de graminee, iar nitragina (0,5 kg/ha) – cu 18% recolta de lucernă şi cu 35% recolta de soia.Este bine cunoscut faptul că o bună parte din recoltă (25 milioane de tone de graminee pe an, cantitate ce poate satisface necesităţile a 150 milioane de oameni în decurs de un an) se pierde din cauza dăunătorilor, ciupercilor patogene, virusurilor etc. Soluţionarea acestei probleme depinde în mare măsură şi de utilizarea bioinsecticidelor, obţinute din diferite bacterii, ciuperci sau virusuri. Acestea au un şir de avantaje:– specificitate înaltă de acţiune (nu acţionează asupra organismului uman, ci numai asupra dăunătorilor);– scad esenţial viabilitatea dăunătorilor;– nu impurifică mediul;– îşi păstrează agresivitatea (virulenţa) un timp îndelungat;– sunt foarte eficiente (mai ales în cuplu cu preparatele chimice).Din diferite suşe ale bacteriei sporulate Bacillus thuringiensis se prepară o gamă variată de bioinsecticide cu spectru larg (entobacterina, dendrobacilina, insectina – contra a peste 30 de dăunători) sau îngust (turingina – contra gândacului de Colorado) de acţiune. Ca surse de bioinsecticide pot fi utilizate şi ciupercile (g. Bauveria), virusurile. Contra rozătoarelor sunt folosite bacteriile din genul Salmonella (bactorodencidul – provoacă epizootii la rozătoare).Preparatele microbiene sunt utilizate în fitotehnie pentru prelucrarea fermentativă a nutreţurilor, îndeosebi a celor greu accesibile (în rezultatul unei perioade de vegetaţie, pe câmpuri rămân până la 220 milioane de tone de paie). Adăugarea doar a 5 kg de preparate fermentative (celoveridina, celocandina) la o tonă de paie sporeşte concentraţia de proteină de 2–2,5 ori, iar concentraţia celulozei scade cu 3–5%.Deşeurile rezultate din curăţarea viilor şi a livezilor pot fi transformate în concentrate cu un conţinut sporit de proteine, vitamine etc. Această problemă rămâne actuală pentru republica noastră. Utilizarea microorganismelor în acest caz are avantaj dublu: în primul rând, se poate spori productivitatea bovinelor (cu 11–15% cantitatea de lapte muls, cu 14–17% – adaosul în masă vie); în al doilea rând – se protejează mediul înconjurător de deşeurile respective.Biotehnologiile tradiţionale sunt utilizate cu succes în industria alimentară. La baza lor se află procesele de fermentaţie – descompunerea substanţelor organice (glucide, acizi organici, alcooli, aminoacizi, baze azotate) în condiţii aerobe sau anaerobe şi formarea produselor intermediare (acid lactic, acid acetic, acid butiric, acid formic, etanol, butanol, propanol, acetonă). Diferite tipuri de microorganisme: drojdiile (fermentaţia alcoolică), bacteriile lactice (fermentaţia lactică), bacteriile butirice (fermentaţia butirică), bacteriile propionice (fermentaţia propionică) pot provoca procesul de fermentaţie.Cercetările arheologice demonstrează că, acum 6000 de ani, fermentaţia extractelor din boabe de cereale constituia un meşteşug.Utilizarea microorganismelor şi a enzimelor pentru obţinerea produselor alimentare şi pentru îmbunătăţirea calităţii lor este domeniul tradiţional al biotehnologiei. Astfel, microorganismele sunt utilizate de mult timp în prelucrarea produselor lactate şi fermentaţia brânzeturilor, în producerea vinurilor şi a berii, în panificaţie, în producerea oţetului şi a sucurilor etc.La utilizarea preparatelor microbiologice sporeşte esenţial porozitatea pâinii, rezultat al activităţii drojdiilor şi al eliberării de CO2.Sub acţiunea enzimelor drojdiilor, glucidele şi proteinele se hidrolizează până la glucide mai simple (glucoză) şi substanţe azotoase, care servesc drept substrat nutritiv pentru drojdii şi bacteriile acidofile. În rezultatul activităţii lor are loc aşa numita “creştere” a aluatului, eliberarea CO2 şi formarea unui şir de substanţe preţioase (vitamine).Pâinea obţinută este poroasă, are calităţi gustative deosebite, şi se păstrează un timp mai îndelungat.Tehnologia obţinerii caşcavalului era cunoscută omenirii acum 9000 de ani, în Iran. La baza acestei tehnologii se afla enzima renina din stomacul ovinelor tinere.Caşcavalul se pregăteşte din lapte cu utilizarea bacteriilor speciale (uneori şi a ciupercilor), a sării de bucătărie şi a enzimelor.Există foarte multe tipuri de caşcaval. Numai în Franţa, spre exemplu, se produc peste 300 de feluri de caşcaval.Pentru obţinerea caşcavalului se utilizează bacteriile lactice şi propionice, care elimină acizii propionic, lactic, acetic şi CO2. Acizii, de rând cu alte substanţe (vitamine, aldehide, eteri, acizi graşi), dau gust caşcavalului, iar CO2 – porozitate.Oţetul se producea încă în Babilon. Procesul de obţinere a oţetului este anaerob şi decurge cu participarea nemijlocită a bacteriilor acetoacetice.Oţetul conţine o serie de aminoacizi, vitamine din grupa B şi alcool etilic. Se utilizează în calitate de conservant al produselor alimentare, ca antibiotic şi ca băutură (în antichitate).Utilizarea preparatelor microbiologice stimulează atât secreţia abundentă a sucului de fructe, cât şi păstrarea lui. Aceste preparate sunt deosebit de eficiente pentru fructele ce secretă o cantitate mică de suc (gutuie, caise etc.).Tehnologia obţinerii berii era cunoscută încă înaintea erei noastre. În prezent ea include numeroase etape tehnologice şi durează de la 21 de zile până la 6-9 luni. Un rol deosebit le revine agenţilor ce provoacă fermentaţia alcoolică – drojdiilor. Culturile de drojdii pot fi de suprafaţă sau bentonice.Berea, de rând cu alcoolul etilic (2,8-6,0%) şi CO2 (0,3%), mai conţine şi o gamă foarte variată de alţi alcooli, esteri şi acizi organici.Deosebit de avantajoase din punct de vedere economic sunt biotehnologiile bazate pe utilizarea preparatelor enzimatice. Enzimele sunt folosite atât în industria alimentară, cât şi în alte domenii: în industria cărnii – îmbunătăţesc esenţial calitatea acestor produse; în cosmetică – permit extragerea mai eficientă a substanţelor aromatice; în industria ceaiului – permit prelucrarea completă a materiei prime; în industria prelucrării pielii – sporesc calitatea pielii; în industria textilă – intensifică procesele de prelucrare a materiei prime; în industria chimică – îmbunătăţesc calitatea cauciucului etc.Din microorganisme se produc diferiţi acizi organici (acetic, lactic, citric, gluconic, itaconic etc.) şi alcooli (etanol, butanol, propanol).În calitate de producenţi, de rând cu bacteriile şi drojdiile, pot fi folosite şi ciupercile de mucegai.Acizii lactic, butiric şi propionic se obţin în condiţii anaerobe. Ei reprezintă produsele finale ale metabolismului (catabolismului) glucidic. Ceilalţi acizi se obţin cu ajutorul microorganismelor aerobe şi reprezintă produse intermediare ale catabolismului glucidic.Obţinerea microbiologică a acizilor organici se efectuează pe două căi:– prin blocarea proceselor ce asigură utilizarea produselor intermediare (a acizilor organici);– prin dereglarea mecanismelor ce dirijează procesele de sinteză a substanţelor respective.Cultivarea microorganismelor poate fi efectuată la suprafaţa mediului (pentru acizii gluconic, itaconic şi 1/3 din acidul citric) sau la fundul mediului (2/3 din acidul citric). Cultivarea poate fi periodică sau în flux continuu.Sfera de utilizare a microorganismelor în domeniul economic este foarte largă.Acidul acetic este produs de Clostridium aceticum şi Acetobacter woodii (2,9 kg de acid acetic de 100% de la 1 m3 de mediu de cultură, în decurs de 24 de ore). El serveşte la fabricarea cauciucului şi a materialelor plastice, a fibrelor de acetat, a substanţelor farmaceutice, a insecticidelor, a conservanţilor alimentari etc.Acidul lactic se fabrică prin fermentaţia glucozei cu ajutorul Lactobacillus delbrueckii şi este primul acid organic produs prin fermentaţie. În SUA, producţia anuală constituie 40 000 tone. Este utilizat ca acidulant în industria alimentară, la fabricarea maselor plastice şi a coloranţilor.Acidul citric este produs de mucegaiul Aspergillus niger din melase. Se utilizează în calitate de conservant şi supliment în alimente şi băuturi, la fabricarea emulsiilor fotosensibile, la colorarea fibrelor etc.Tot din Aspergillus niger se prepară acidul gluconic, a cărui sare de calciu este uşor asimilată de organismul uman.Microorganismele pot fi folosite la extragerea metalelor (Cu, Cd, Ti, Al, Ni, Pb, Mo, Mn, Cr, Au, Ag, Pt ş.a.) din minereurile sărace, unde concentraţia lor nu depăşeşte 0,01-0,1%; pentru prelucrarea deşeurilor agricole şi forestiere; pentru purificarea apelor reziduale ale industriei chimice etc.Aceste tehnologii microbiologice sunt avantajoase din următoarele puncte de vedere:– permit exploatarea rezervelor enorme de minereuri sărace şi a deşeurilor;– asigură o prelucrare complexă;– păstrează landşaftul şi exclud poluarea mediului extern.Extragerea metalelor se bazează pe procesul de oxidare microbiologică a minereurilor sulfurice, similar celui de oxidare electrochimică. În acest caz are loc un proces asemănător celui de corozie, provocat de bacterii. Bacteriile (Thiobacillus ferroxidans, Th. organoparus) intensifică esenţial procesul de oxidare (de sute şi mii de ori).În rezultatul dezvoltării diferitelor ramuri ale economiei naţionale, mediul înconjurător, în special bazinele acvatice, este poluat cu diferite deşeuri cu acţiune nefastă asupra organismelor.Odată cu sporirea concentraţiei de substanţe nocive, se dereglează procesele de autopurificare a bazinelor acvatice, dezvoltarea normală a organismelor.Microorganismelor le revine un rol deosebit în purificarea apelor. Iată şi câteva exemple.Apele reziduale ale multor ramuri din economia naţională conţin crom, a cărui concentraţie poate ajunge la 500 mg/l, în timp ce limita admisibilă este de 0,1-0,3 mg/l. Cultivarea unor suşe speciale de bacterii pe medii cu o concentraţie de până la 100 mg/l de crom permite transformarea cromaţilor şi bicromaţilor în hidroxid de crom. Un gram de bacterii (în biomasă uscată) poate să transforme până la 1 g de bicromat timp de 3 zile. Unele suşe de Bacillus subtilis (bacilul fânului) se utilizează la purificarea apelor reziduale ale industriei textile de hexametilendiamină, a cărei concentraţie poate atinge 2-3 g/l, norma fiind de 0,01 mg/l. Aceste bacterii utilizează substanţa respectivă ca sursă de azot şi carbon.Graţie calităţilor biologice înalte şi specificităţii de acţiune, preparatele microbiene sunt utilizate în diverse domenii ale medicinii.Antibioticele constituie grupa cea mai importantă a substanţelor farmaceutice a căror sinteză este realizată de celulele microbiene. Această grupă de substanţe cuprinde compuşi antibacterieni, antifungici şi antitumorali. Realizarea antibioticelor pe plan mondial sporeşte an de an (la începutul anilor ’80 se produceau 17 mii tone de peniciline, 5 mii tone de tetracicline, 1200 tone de cefalosporine, 800 tone de eritromicine).Din cele 5500 titluri de antibiotice cunoscute au fost comercializate 100, dintre care 70 au fost sintetizate din streptomicete.Antibioticele se obţin din diferite grupe de microorganisme, printre care: ciupercile filamentoase (Penicillium, Cephalosporium) şi actinomicetele (Streptomyces) – 70,3%, bacilii (Bacillus) – 7%, pseudomonadele (Pseudomonas) – 1,3%, alte bacterii – 1,7%. O parte din antibiotice au provenienţa vegetală (alina, sativina – din ceapă, usturoi) sau animală (ecmolina – din ficatul peştilor).Producerea de antibiotice este un proces dificil, determinat în mare parte de mecanismul complex de reglare a biosintezei antibioticelor în celula bacteriană. Există câteva niveluri de reglare a biosintezei antibioticelor:1. reglarea genică (sinteza antibioticelor în celula bacteriană este determinată de activitatea a zeci de gene de structură);2. reglarea plasmidică (nu toţi producenţii de antibiotice conţin însă plasmide);3. reglarea compuşilor azotului, a fosforului şi a glucidelor din mediul nutritiv (reprezintă un mecanism destul de complex).Pentru obţinerea cantităţii sporite de antibiotice sunt utilizate suşe superproducente de microorganisme.Pentru producerea penicilinei, sporii ciupercii de mucegai Penicillium chrysogenum se obţin iniţial pe medii agarizate la temperatura de 25-27ºC, timp de 4-5 zile. În vederea dezvoltării miceliului, aceşti spori se însămânţează pe medii nutritive în fermentatoare speciale. După 4 zile, când concentraţia penicilinei în mediu este maximală, miceliul se înlătură prin filtrare, iar din soluţie, prin metode speciale (cu ajutorul sărurilor de aluminiu sau fier, a taninei, a temperaturii ridicate (65-70ºC), a butilacetatului), se extrage preparatul de penicilină (circa 80%) cu activitate sporită.Industria farmacologică produce mai multe grupe de antibiotice – penicilinele, cefalosporinele, tetraciclinele, eritromicina, streptomicina. Cantităţile considerabile ale acestor preparate se explică prin aplicarea lor pe scară largă:– în scopuri terapeutice în medicină;– pentru protecţia biologică a plantelor (fitobacteriomicina, trihotecina);– în scopuri profilactice în zootehnie (tetraciclina, grizina, losalomicina);– pentru conservarea produselor alimentare (nizina, tetraciclina).Producerea biotehnologică a diferitor preparate medicinale se dezvoltă foarte rapid, mai ales, în SUA. (tabelul 3).
Tabelul 3Dezvoltarea pieţei de preparate farmaceutice de origine proteică în SUA
Grupa de preparate Volumul realizării, mln.dolari Creşterea anuală a realizărilor, % 1985 1986 1990 1995 1985-1990 1985-1995 Hormoni 403,2 420,9 501,6 611,6 4,5 4,3 Coagulanţi şi anticoagulanţi 129,2 131,8 143,2 165,6 2,1 2,5 Limfochine – 15,4 110,0 305,0 – – Neuropeptide – – 8,0 35,0 – – TOTAL 523,4 568,1 762,8 1117,1 7,5 7,5
Microorganismele se utilizează pentru obţinerea vitaminelor. Sunt elaborate tehnologii de obţinere a vitaminei B2 din bacteria Eremothecium ashbyii, a vitaminei B12 din bacteriile propionice, a β-carotenului din ciuperca Blakeslea trispora şi din unele alge microscopice (Spirulina).Acţionând asupra reglării metabolice şi efectuând modificările genetice corespunzătoare, s-a obţinut un surplus de producţie a unor vitamine: unele suşe de Ashbya gossyppii pot sintetiza de 20 000 de ori mai multă riboflavină (B2) decât îi este necesară pentru creştere, iar unele suşe de Pseudomonas denitrificans pot produce de 50 000 de ori mai multă cobalamină (B12).Alcaloizii de origine microbiană se folosesc în farmaceutică. Ciupercile (Claviceps, Penicillium), pot forma egroalcaloizi cu o acţiune psihotropă.Culturile de virusuri şi bacterii sau toxinele unor bacterii pot fi folosite în elaborarea vaccinurilor cu o acţiune specifică sau complexă (contra poliomielitei, tuberculozei ş.a.). Vaccinurile (culturi inactivate de agenţi ce provoacă diferite boli sau toxinele lor) sunt menite să sporească imunitatea organismului – nereceptivitatea lui la boli infecţioase.Producerea microbiologică de vaccinuri se realizează în două direcţii:1. obţinerea de biopreparate vii (preparate inactivate de bacterii sau virusuri, agenţi ai diferitor boli infecţioase):a) vaccinuri bacteriene (vaccinul contra tuberculozei, vaccinul contra pestei);b) vaccinuri virotice (vaccinul contra poliomielitei, vaccinul contra variolei);c) vaccinuri complexe.2. obţinerea de biopreparate în baza toxinelor inactivate (toxina contra difteriei).În procesul de obţinere a vaccinurilor se ţine cont de particularităţile suşelor producente (intensitatea multiplicării, virulenţa, capacitatea de a forma toxine etc.), de condiţiile de cultivare (natura substratului nutritiv, prezenţa sau lipsa aeraţiei etc.) şi de produsul final (purificarea, extragerea etc.).Pe cale microbiologică, pot fi sintetizate în cantităţi însemnate poliozidele capsulare ale unor bacterii. Dextranii, a căror greutate moleculară este cuprinsă între 50 000 şi 100 000, servesc drept substituenţi ai plasmei sanguine. Ei sunt sintetizaţi de Leuconostoc mesenteroides şi de bacteriile lactice pe un substrat ce conţine zaharoză.În biotehnologiile moderne, un loc important îl ocupă cataliza enzimatică şi obţinerea hibridomilor.Obţinerea preparatelor enzimatice şi utilizarea lor în diferite domenii permit îmbunătăţirea proceselor tehnologice, a metodelor de analiză, asigură indici superiori şi randamente înalte în industrie, agricultură, medicină.Spre deosebire de catalizatorii chimici, enzimele prezintă o specificitate înaltă de reacţie şi de substrat. Aplicarea enzimelor în diverse tehnologii cunoaşte un avânt fără precedent. Producţia mondială de enzime în anii ’80 a fost următoarea: proteaze bacteriene – 530 tone, amiloglucozidaze – 300 tone, amilaze – 300 tone, glucozizomeraze – 50 tone, pectinaze – 10 tone etc.Enzimele microbiene sunt utilizate pe larg în diverse biotehnologii, dat fiind faptul că microorganismele sunt cultivate, mai uşor şi mai rapid la un preţ scăzut. Amilazele bacteriene (din Bacillus sp.) şi fungice (din Aspergillus niger, A. oryzae) sunt folosite la hidroliza amidonului în dextrine, maltoză şi glucoză, la zaharificarea substanţelor amilacee pentru fermentaţia alcoolică: proteazele bacteriene (din Basillus licheniformis, B. substillis) şi fungice (din Aspergillus sp., Saccharomyces cerevisiae) – la liza proteinelor de origine animală şi vegetală, la prepararea brânzeturilor, la tratarea pieii; lipaza (din Sacharomycopsis lipolitica) – la producerea untului şi a gliceridelor; pectinazele fingice (din Aspergillus sp.) – la limpezirea sucului de fructe; celulaza fungică (din Trichoderma reesii) – la hidroliza celulozei în glucoză.Multe enzime, în rezultatul reacţiilor chimice, se inactivează, formează produşi complecşi cu reagenţi, sunt instabile la păstrare, ceea ce nu permite utilizarea lor pe scară largă.Pentru a păstra proprietăţile biocatalitice ale enzimelor, se foloseşte tehnologia de imobilizare a acestora pe suporturi anorganice (sticlă, argilă, ceramică, cărbune, metale şi oxizi de metale) sau organice (celuloză, amidon, agar, colagen, lipide, substanţe superficial active, polimeri sintetici) insolubile, prin stabilirea unor interacţiuni (chimice, de sorbţie sau mecanice) ale moleculei proteice cu suprafaţa suportului, care să nu afecteze configuraţia centrului catalitic activ şi, deci, capacitatea catalitică a enzimei; legarea enzimei la polimeri solubili; înreţelarea intramoleculară sau intermoleculară cu reactivi bifuncţionali.Imobilizarea enzimelor are o serie de avantaje:– creşterea stabilităţii enzimelor;– pH-ul de acţiune optim;– obţinerea de produşi de mare puritate;– recuperarea şi reutilizarea enzimelor;– separarea rapidă de reagent;– posibilitatea de a stopa reacţia în caz de necesitate;– posibilitatea de reglare a activităţii catalitice a enzimelor (cu lumină, ultrasunet).Enzimele imobilizate pot fi folosite în reactoare pentru cataliza proceselor chimice.
Join Us On Telegram @rubyskynews
Apply any time of year for Internships/ Scholarships
