1.4 Создание высокоактивных продуцентов.

Таким образом, выделение и подбор объекта – важный этап биотехнологического процесса, но путем простого подбора не удается получить высокоактивные продуценты, поэтому возникает задача изменения природы организма в нужном направлении. Для этого используют методы селекции. С их помощью получены промышленные штаммы микроорганизмов, синтетическая активность которых превышает активность исходных штаммов в десятки и сотни раз. Например, в работе с Penicillium методами селекции выход пенициллина был увеличен в конце концов примерно в 10 тыс. раз по сравнению с исходным диким штаммом.

Отбору высокопроизводительных штаммов предшествуют тонкие манипуляции селекционера с генетическим материалом исходных штаммов. При этом используют весь спектр естественных способов рекомбинирования генов, известных у бактерий: конъюгацию, трансдукцию, транформацию и другие генетические процессы. Например, конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями) была успешно использована при создании штамма Pseudomonas putida, способного утилизировать углеводороды нефти. Очень часто прибегают к трансдукции (перенос гена из одной бактерии в другую посредством бактериальных вирусов - бактериофагов) и амплификации (увеличение числа копий нужного гена).

Так, у многих микроорганизмов гены биосинтеза антибиотиков или их регуляторы находятся не в основной хромосоме, а в плазмидах. Путем амплификации удается увеличить число этих плазмид в клетках и существенно повысить производство антибиотиков.

Еще один выход в генетико-селекционной работе – получение генетических рекомбинантов путем слияния разных штаммов бактерий, лишенных клеточных стенок (протопластов). Так, слиянием протопластов двух штаммов Streptomyces был сконструирован новый высокоэффективный штамм-продуцент рифампицина С; мутанты Nocardia mediterranei, в которых не синтезировался рифампицин, после слияния сформировали, штаммы, продуцирующие три новых рифампицина. Слияние протопластов позволяет объединять генетические материалы и таких микроорганизмов, которые в естественных условиях не скрещиваются.

2. Технологические факторы.

Любой процесс, в котором участвуют микроорганизмы, независимо от способа его осуществления можно отнести к одной из двух категорий, определяемых характером поставленной задачи:

1. получение нужных микроорганизмов;

2. осуществление определенных химических превращений.

Последний тип процессов можно подразделить еще на два класса:

а) получение нужного конечного продукта;

б) переработка сырья.

Все процессы, осуществляемые с целью химического превращения, обладают общей особенностью: микроорганизмы, осуществляющие данное превращение, не обязательно должно находиться в состоянии роста. За такие превращения ответственны клеточные ферменты. Очевидно, что для контрольного определения многих превращений с самым высоким выходом лучше использовать иммобилизованные поколения клетки или иммобилизованные ферменты, выделенные из этих клеток.

В основе любого процесса, протекающего при участии микроорганизмов, лежит одна реакция или последовательность реакций.

Ключевыми факторами, влияющими на экономичность процесса в биореакторе, являются производительность и степень превращения, а они, в свою очередь, определяются теми физическими факторами, от которых зависит теплопередача и перенос массы. К этим факторам относятся:

1. гидродинамические свойства суспендированных микроорганизмов;

2. реологические свойства (деформационные свойства) культуральных сред;

3. электрокинетические свойства микроорганизмов;

4. давление;

5. поверхностные и пристеночные эффекты, а также эффекты, возникающие на границе раздела фаз;

6. эффекты, связанные с наличием нескольких фаз в потоке;

7. флотационные, седиментационные и сегрегационные эффекты.