Понятие микробиологического синтеза

Микробиологический синтез - промышленный способ получения химических соединений и продуктов.

Микробиологический синтез - синтез структурных элементов или продуктов обмена веществ микроорганизмов за счёт присущих микробной клетке ферментных систем.

При микробиологическом синтезе, как и любом органическом синтезе, сложные вещества образуются из более простых соединений.

Микробиологический синтез следует отличать от брожения, в результате которого тоже получаются различные продукты микробного обмена (например, спирты, органические кислоты), но преимущественно за счёт распада органического вещества. Значительная часть продуктов, образующихся в ходе микробиологического синтеза, обладает физиологической активностью и представляет практическую ценность для народного хозяйства.

К микробиологическому синтезу относят широкий круг процессов:

1. Накопление микробной массы для использования её:

a) в качестве белково-витаминных добавок к кормам;

b) как источника получения белков, липидов, ферментов, токсинов, витаминов, антибиотиков;

c) для борьбы с паразитами животных и растений;

d) в качестве носителя ферментативной активности в реакциях микробиологической трансформации органических соединений.

2. Получение накапливающихся вне микробной клетки метаболитов, в том числе ферментов, токсинов, антибиотиков, аминокислот, витаминов, нуклеотидов и т.п.

Микробиологический синтез осуществляется внутри клетки при активации низкомолекулярных компонентов. Затем многие метаболиты выводятся из клетки в среду. Характерная особенность микроорганизмов — их способность к избыточному образованию некоторых продуктов обмена веществ (многих аминокислот, нуклеотидов, витаминов), превышающему потребность микробной клетки. Например, глютаминовая кислота при синтезе может накапливаться в количестве свыше 10 мг/мл среды, витамин B₂ — до 1—2 мг/мл, вместо обычных сотых и даже тысячных долей мг.

Способность к синтезу того или иного соединения свойственна определённым видам микроорганизмов, которыми, как правило, и пользуются в качестве продуцентов при производстве соответствующих метаболитов путём микробиологического синтеза. При этом применяют не только культуры, отобранные из природных источников, но и специально выведенные искусственным путём штаммы, у которых синтез — следствие нарушений обмена веществ под воздействием мутагенов.

Применение мутантов позволяет значительно увеличить выход ряда продуктов. Например, выведены культуры с высоким уровнем синтеза лизина, инозиновой кислоты, некоторых витаминов. При помощи мутантов удалось в 100—150 раз поднять активность биосинтеза пенициллина; мутантные штаммы используются при производстве как этого, так и др. антибиотиков.

В процессе микробиологического синтеза получают ряд продуктов, причём за счёт самых разных соединений углерода и азота. Это обусловливается большим разнообразием ферментных систем микроорганизмов. Так, для синтеза белков, нуклеиновых кислот и др. метаболитов клетки могут использовать разные неорганические источники азота, а из соединений углерода — различные углеводы, органические кислоты (в т. ч. уксусную кислоту), жидкие, твёрдые или газообразные углеводороды и др.

Определённые виды, способные к Хемосинтез у или Фотосинтез у, в качестве источника углерода могут усваивать углекислый газ. Таким образом, подбор соответствующих культур даёт возможность получать путём микробиологического синтеза, желаемые вещества из дешёвого и доступного сырья. Эти особенности делают микробиологический синтез весьма эффективным способом производства многих соединений; часть из них (например, многие антибиотики) экономически выгодно получать ныне только таким путём.