ВЗеленограде вывели необыкновенно устойчивый трансгенный картофель.

Директор Информационного центра по биотехнологии при Международном совете научных союзов и Российской Академии наук А.Голиков на вопрос об опасности трансгенных продуктов ответил: «Никто еще не показал, что это опасно. Но потенциальный риск исключить нельзя, так как мы не знаем отдаленных результатов, т. е. возможны непредвиденные эффекты. Как бы ни была мала их вероятность, но если она не равна нулю, то рано или поздно это событие произойдет. Поэтому разработана Конвенция о биологическом разнообразии, в которой речь идет о необходимости «безопасной передачи, использования

иприменения любых живых измененных организмов, являющихся результатом биотехнологии и способных оказать неблагоприятное воздействие на сохранение и устойчивое использование биологического разнообразия».

ВСанПин 2.3.2.1078-01 указано: «Для пищевых продуктов из генетически модифицированных источников обязательна информация: «генетически модифицированная продукция», или «продукция, полученная из генетически модифицированных источников», или «продукция содержит компоненты из генетически модифицированных источников» (для продуктов, содержащих более 5% компонентов ГМИ). Пищевые продукты, полученные из ГМИ и не содержащие дезоксирибонуклеиновую кислоту и белок, в дополнительном этикетировании не нуждаются

вслучае полной эквивалентности пищевой ценности продукта традиционному аналогу».

Втабл. 3 перечислены пищевые продукты, полученные из генетически модифицированных источников (использованы данные Приложе-

ния 4 СанПиН 2.3.2.1078-01).

Таблица 3

1.Соевые бобы

2.Концентрат соевого белка и его текстураты

3.Изолят соевого белка

4.Гидролизат соевого белка

5.Соевая мука и ее текстураты

6.Соевое молоко, в т. ч. сухое

7.Ферментированные соевые продукты

8.Соевый соус

9.Тофу

10.Кукурузадлянепосредственногоупотреблениявпищу (мука, крупа)

56

Окончание таблицы 3

11.Кукуруза замороженная и консервированная

12.Попкорн

13.Картофель для прямого потребления

14.Пюре картофельное сухое

15.Картофельные чипсы

16.Томаты для непосредственного употребления в пищу

17.Томатная паста

18.Томатный сок

19.Томатные соусы, кетчупы

20.Кабачки и продукты из/или с использованием кабачков

21.Дыня и продукты из/или с использованием дыни

22.Продукты, содержащие цикорий

23.Пищевые добавки, произведенные из ГМИ

24.Биологически активные добавки к пище, содержащие ГМИ-компоненты

Пищевые продукты, не требующие этикетирования

1.Соевое и кукурузное масло рафинированное

2.Соевый лецитин

3.Фруктоза, полученная из сои, кукурузы, сахарной свеклы

4.Кукурузный крахмал

5.Глюкоза, полученная из кукурузы, сахарной свеклы, картофеля

6.Патока, полученная из кукурузы, картофеля

7.Рапсовое, льняное, хлопковое масла

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Какие культуры микроорганизмов применяют при производстве сыров, йогурта, сметаны, кефира?

2.Охарактеризуйте процесс квашения овощей.

3.Охарактеризуйте технологию получения темпеха.

4.Какие микробиологические процессы применяются в хлебопе-

чении?

5.Какие источники пищи называют генетически модифицирован-

ными?

6.Какая информация должна быть указана на этикетках генетически модифицированных продуктов?

7.Какие генетически модифицированные продукты производят в настоящее время?

8.Представляют ли опасность для человека генетически модифицированные продукты?

57

9. Для какой группы продуктов обязательно указание их происхождения как генетически модифицированных? Почему?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Бекер М.Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. – М.:

Агропромиздат, 1990. – 335 с.

2.Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов: СанПиН 2.3.2.1078-01. – М.: Минздрав России, 2002. – С. 9, 122–123, 147.

3.Попова Т.Е. Развитие биотехнологии в СССР. – М.: Мир, 1987.

–247 с.

4.Реннеберг Р., Реннеберг И. От пекарни до биофабрики. – М.:

Мир, 1991. – 112 с.

5.Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. – М.: Мир, 1987. – 247 с.

7.ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКА ОДНОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ

Дефицит белка в питании является глобальной проблемой человечества. Недостаток и неполноценность белка приводит к появлению различных заболеваний, увеличению смертности, снижению работоспособности, неблагоприятно влияет на воспроизводство населения и здоровье будущего поколения. В пище населения промышленно развитых стран содержание общего белка составляет 90, в т. ч. животного 44 г в сутки на человека, что соответствует норме, а в развивающихся странах – 58 и 9 г в сутки соответственно.

Потребности в белке не могут быть решены на базе традиционных ресурсов растениеводства и животноводства из-за ограниченности посевных площадей, климатических особенностей. Альтернативным источником белка является промышленный биосинтез белка одноклеточных микроорганизмов (БОО).

Возможны два вида пищевой цепочки потребления белка одноклеточных организмов. Энергетически более выгодной является двухчленная пищевая цепочка (пищевой белок – человек), т. е. непосредственное потребление белка в пищу, так как сельскохозяйственные животные превращают в животный белок не более 10–30% растительного белка. Но при этом возникают сложные проблемы: возможны аллергические реакции, желудочные заболевания, в ряде случаев необходимо решить проблему плотной клеточной стенки, органолептические свойства белка

58

одноклеточных организмов значительно отличаются от привычных продуктов питания. И, наконец, главной, трудноразрешимой проблемой является невозможность изменить привычки человека, которые, как известно, являются самыми консервативными.

Наглядным примером может служить отношение людей к новым формам пищи из белка соевых бобов. Эти продукты появились на прилавках магазинов около 10 лет назад; их ассортимент постепенно расширяется. Среди студентов технологического факультета КамчатГТУ был проведен социологический опрос об их отношении к продуктам из сои. При этом 85–90% студентов выражают негативное мнение, которое объясняют в основном непривычными органолептическими показателями продуктов из сои.

Органолептические показатели микробиологического белка являются для человека еще более непривычными. Поэтому основным направлением использования белка одноклеточных организмов является производство кормового белка.

В80-е гг. прошлого века СССР был единственной в мире страной, производящей белок одноклеточных организмов промышленным методом в больших количествах. Объем производства превышал 1 млн. т

вгод, в т. ч. 40% белка одноклеточных организмов выпускалось на основе гидролизатов древесины и сельскохозяйственных отходов и 60% – на очищенных парафинах нефти. В промышленно развитых странах крупномасштабное производство белка одноклеточных организмов практически отсутствовало, так как для обогащения кормов использовались соевые бобы, содержащие большое количество белка и стоимость которых была в 1,5–2 раза ниже стоимости белка микроорганизмов.

Для России этот вариант неприемлем, так как в нашей стране практически нет природно-климатических зон, пригодных для выращивания сои,

акрупномасштабный экспорт из США – основного производителя и экспортера– поставилбыРоссиювполнуюпроизводственную зависимость.

Вто же время значительные природные ресурсы углеводородного сырья благоприятствуют дальнейшему развитию производства кормового белка одноклеточных организмов в России.

Решающим фактором для высокой продуктивности мясного жи-

вотноводства служит наличие сбалансированных по качеству белка и аминокислотному составу кормов. В 80-е гг. прошлого века животноводство СССР потребляло 150 млн. т зерна и давало 14 млн. т мяса. В США эти показатели составили 160 и 26 млн. т соответственно, что явилось результатом сбалансированности кормового рациона.

Производя белок одноклеточных организмов, можно решить проблему сбалансированности кормов.

Биомасса микроорганизмов содержит 40–85% белка, имеет сбалансированный аминокислотный состав. Эту биомассу можно производить

59

круглогодично, вне зависимости от климата и погоды, на дешевом сырье, с высокой интенсивностью. Благодаря этим достоинствам производство белка одноклеточных организмов является перспективным направлением для решения проблемы дефицита белка.

Принципиальная технологическая схема получения микробных белковых препаратов имеет вид:

СЫРЬЕ

↓

ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ (измельчение, гидролиз, освобождение от токсических веществ и т. д.)

↓

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ

↓

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

↓

ОТДЕЛЕНИЕ БИОМАССЫ ПРОДУЦЕНТА ОТ ЖИДКОЙ ЧАСТИ И ЕЕ ПРОМЫВАНИЕ

↓

КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ БИОМАССЫ И ПЛАЗМОЛИЗ КЛЕТОК

↓

ВЫСУШИВАНИЕ МИКРОБНОЙ МАССЫ ДО СОДЕРЖАНИЯ ВЛАГИ 8–10%

↓

ФАСОВАНИЕ И УПАКОВЫВАНИЕ ГОТОВОГО ПРЕПАРАТА

↓

ХРАНЕНИЕ МИКРОБНОГО БЕЛКОВОГО ПРЕПАРАТА

7.1.ПОЛУЧЕНИЕ БЕЛКА МИКРОВОДОРОСЛЕЙ

7.1.1.Особенности метаболизма микроводорослей

Как бы ни различались современные методы культивирования микроводорослей, все они основаны на обеспечении клеток достаточным количеством света, углекислоты и других питательных веществ.

При отсутствии ограничивающих факторов рост числа клеток идет в геометрической прогрессии в соответствии с уравнением:

60

kN = dNdt ,

где k – удельный коэффициент размножения, N – исходное число клеток,

dN – прирост числа клеток за время dt.

Вотличие от популяций гетеротрофных организмов, где каждому из факторов, определяющих продуктивность культуры, обеспечен одинаковый доступ ко всем индивидам в любой рассматриваемый момент времени, в популяции автотрофных клеток исключение составляет световой фактор, который в силу оптических свойств культуры как сильно поглощающей свет среды достаточно быстро становится ограничивающим.

Кратковременность экспоненциальной фазы роста в интенсивно растущих культурах объясняется быстрым формированием полностью поглощающего свет слоя, численность клеток в котором при заданной интенсивности света остается величиной постоянной, несмотря на увеличение плотности по мере роста всей популяции.

Вкультурах высоких плотностей для обеспечения интенсивного роста применяют высокие освещенности, высокие температуры и высокие концентрации солей, т. е. создается напряженность всех факторов среды; «отставание» какого-либо одного фактора, нарушая сбалансированное взаимодействие всех факторов, может повлечь не только снижение продуктивности, но во многих случаях и гибель культуры.

Развитие исследований по массовой культуре водорослей дало толчок к совершенствованию методов лабораторного их выращивания.

Впромышленных масштабах культивируют сине-зеленые и зеленые микроводоросли, которые способны синтезировать вещества своей клетки за счет световой энергии.

Наиболее интересным объектом исследований являются синезеленые водоросли, или цианобактерии. Они резко отличаются от других водорослей простотой внутренней организации клеток.

Клетки их лишены оформленного ядра, что сближает их с бактериями. Вместе с бактериями сине-зеленые водоросли составляют раздел организмов, обозначаемый как прокариоты (Prokariota), т. е. доядерные,

вотличие от всех остальных растений и животных, обладающих оформленным клеточным ядром и обозначаемых как эукариоты (Eukariota), т. е. истинно ядерные.

Сине-зеленые водоросли – старейшая группа среди автотрофных организмов и среди организмов вообще. Остатки подобных им организмов найдены среди строматолитов, возраст которых составлял около трех миллиардов лет.

Вархейских доломитах Трансвааля были найдены скопления графита. Оказалось, что это не что иное, как остатки колоний водорослей,

61

живших 2 млрд. 600 млн. лет назад; по своим особенностям они наиболее близки к сине-зеленым. В Подмосковье от Тулы до Новомосковска открыты залежи гумусово-сапропелевых углей (богхедов). Они образовались за счет органического вещества сине-зеленых водорослей, в массе развивавшихся в континентальных водоемах в карбоновое время. Такие же угли известны на Южном Урале, в Шотландии, Пенсильвании.

Химический анализ обнаружил в этих остатках продукты разложения хлорофилла.

Клетки сине-зеленых водорослей живут отдельно, а иногда соединяются в колонии или образуют нити. Нити также могут жить отдельно или образовывать колонии.

У сине-зеленых водорослей найдено около 30 различных внутриклеточных пигментов, относящихся к четырем группам – хлорофиллам, каротинам, ксантофиллам, билипротеинам.

Большинство сине-зеленых водорослей растут только в присутствии света интенсивностью не более 500–1000 лк, реже 8000 лк.

Очень высокая интенсивность света может ингибировать рост клеток сине-зеленых водорослей.

Все сине-зеленые водоросли растут в присутствии молекулярного кислорода уже потому, что сами его выделяют. Но высокая концентрация кислорода может ингибировать рост этих организмов, и нередко, особенно в присутствии света, они предпочитают микроаэробные условия.

Большинство сине-зеленых водорослей растут при значениях рН среды 7,0–9,0, а отдельные виды и при рН 10,0. Оптимальное значение рН чаще всего равно 7,5–8,5.

Большинство видов сине-зеленых водорослей, выделенных в виде чистых культур, растут на чисто минеральных средах, содержащих набор солей микро- и макроэлементов.

Для культивирования штаммов, выделенных из соленых водоемов,

всреды добавляют хлорид натрия. Потребность сине-зеленых водорослей в сере для биосинтетических процессов могут обеспечивать сульфаты. В качестве источников азота они обычно используют нитраты и соли аммония, часто также мочевину. Отдельные виды растут за счет использования нитритов. Значительное число сине-зеленых водорослей могут фиксировать молекулярный азот. Источником углерода для них служит углекислый газ. Углекислота может вводиться в автотрофно выращиваемые культуры водорослей различными методами. Наиболее распространенный способ – подача углекислоты в виде газовоздушной смеси, осуществляющей, помимо снабжения водорослей источником углерода, функцию перемешивания культуры.

Некоторые сине-зеленые водоросли могут расти при освещении

врезультате использования и углекислоты, и органических веществ, т. е. в фотомиксотрофных или фотогетеротрофных условиях. Это

62

представители родов Dermocarpa, Pleurocapsa, Oscillatoria, Nostoc, Nodularia и др.

Сине-зеленые водоросли могут потреблять из среды довольно много органических веществ, включая некоторые сахара, органические кислоты (муравьиную, уксусную, гликолевую, пировиноградную, молочную, янтарную, яблочную, лимонную и др.), аминокислоты, пурины и пиримидины. Обнаружена также способность отдельных видов воздействовать на нафталин и другие соединения ароматического ряда.

Но далеко не всегда органические вещества стимулируют рост си- не-зеленых водорослей. Некоторые из них (пропионат, отдельные аминокислоты) даже в низкой концентрации ингибируют рост сине-зеленых водорослей. Органических соединений, поддерживающих рост культуры, известно немного. Чаще всего это D-глюкоза, реже D-фруктоза, D-рибоза, мальтоза и глицерол.

Однако фотоавтотрофный тип питания является для сине-зеленых водорослей основным, но не единственным. Кроме настоящего фотосинтеза культуры способны к фоторедукции, фотогетеротрофии, автогетеротрофии, гетероавтотрофии, полной гетеротрофии. При наличии в среде органических веществ они используют их в качестве дополнительных источников энергии.

Благодаря способности к смешанному ( миксотрофному ) питанию, они могут быть активными и в крайних для фотоавтотрофной жизни условиях. В подобных местообитаниях почти полностью отсутствует конкуренция, и сине-зеленые водоросли занимают доминирующее место.

Характерной особенностью этих водорослей является синтез азотсодержащего запасного продукта цианофицина. Он представляет собой полипептид, образованный из равных количеств аргинина и аспарагиновой кислоты. Молекулярная масса 25000–100000. Такой полимер не найден ни у каких других организмов. В клетках он образует гранулы. Полагают, что цианофицин может служитьисточником азотапри его недостатке в среде, а также использоваться культурами в качестве источника энергии для синтезаАТФ, когдаихклеткинаходятсявтемнотеванаэробныхусловиях.

В целом химический состав сине-зеленых водорослей отличается высоким содержанием азотистых веществ. Общее содержание азота в биомассе Anabaena cylindrica достигает 6,51% сухого вещества. У Anabaena variabilis и A. oscillarioides содержание белков колеблется от 23,7 до 40,0% сухого вещества. Содержание белка у Spirulina platensis достигает 70% органической части.

В водоемах, цветущих сине-зелеными водорослями, наблюдается рост количества органического азота, главным образом в виде аминокислот, а также в виде амидов и пептидов.

Биомасса сине-зеленых водорослей может служить сырьем для получения белка.

63