4.2.Практическое применение продуктов клеточного синтеза.

Клетки постоянно синтезируют вещества, необходимые для их жизнеде­ятельности. Эти вещества находят все большее применение в промышленнос­ти и медицине. Некоторые из них уникальны и не могут быть получены мето­дом химического синтеза.

Микробные клетки. Такие древнейшие производства, как хлебопечение, виноделие, пивоварение, получение кисломолочных продуктов, существовали задолго до того, как было установлено участие в этих процессах различных микробных клеток. С конца XIX столетия началась эра целенаправленного ис­пользования процессов клеточного синтеза для получения полезных для чело­века веществ. В первой половине XX в. были получены органические раство­рители, пищевые органические кислоты, антибиотики, аминокислоты, вита­мины и другие ценные продукты.

Антибиотики — низкомолекулярные органические вещества, которые синтезируются некоторыми микроорганизмами (чаще всего актиномицетами) и выполняют регуляторную и защитную функции в клетках. Оказалось, что антибиотики обладают высоким противомикробным действием и широко ис­пользуются в медицине и сельском хозяйстве. Химический синтез антибиоти­ков весьма трудоемок и поэтому нетехнологичен. В промышленности их полу­чают исключительно методом микробиологического синтеза. Во всем мире специально отобранные клетки — продуценты ежегодно синтезируют тысячи тонн антибиотиков. Для повышения эффективности антибиотиков и защиты их от действия микробных гидролаз используют пщу^идаетический метод по­лучения этих препаратов. Антибиотики, полученные методом микробного синтеза, подвергают химической модификации, не влияющей на основной биологический эффект.

Микробные клетки синтезируют аминокислоты — строительные блоки, из которых состоят белки. Путем отбора, направленных мутаций или генной инженерии можно получить продуценты, синтезирующие аминокислоты в ко­личествах, имеющих промышленное значение, так как роль аминокислот для медицины, сельского хозяйства и промышленности очень велика. Многие пи­щевые продукты и корма для животных не содержат достаточного количества незаменимых аминокислот, например лизина. К таким продуктам относятся пшеница, рис, кукуруза и др.

Метионин, цистеин, у-аминомасляную кислоту используют в медицине в качестве лекарственных препаратов, ряд аминокислот обладает пестицидным действием, другие находят применение в кожевенной промышленности.

Огромное значение в практической деятельности человека имеет бродиль­ное производство. Одной из самых древних технологий, использующих мик­робные клетки, является производство сыров. При производстве твердых сор­тов сыров используют пропионовокислые бактерии, образующие такие жир­ные кислоты, как миристиновая, пальмитиновая, стеариновая и олеиновая.

Эти кислоты улучшают качество сыра, придают ему особый аромат. Следует отметить, что пропионовокислые бактерии используются как продуценты ви­таминов, например витамина В₁₂.

Ферменты, синтезируемые микробными клетками, представляют боль­шой интерес для промышленности и медицины. Высокая скорость метаболиз­ма микробных клеток, обусловливающая несопоставимую с животными и рас­тениями восполняемость сырья, повышает коммерческую значимость этих препаратов. В качестве лекарственных препаратов применяют ряд гидролити­ческих ферментов, таких, как гиалуронидаза, некоторые протеазы, амилаза, липаза. Некоторые ферменты, имеющие прикладное значение, синтезируются только микроорганизмами, например нитрогеназа, катализирующая образова­ние аммиака из молекулярного азота. Велика роль микробных ферментов во многих промышленных процессах .

Клетки растений. В составе многоклеточного растительного организма клетки синтезируют много биологически активных веществ, имеющих прак­тическое значение. Прежде всего следует отметить получение лекарственных веществ растительного происхождения. В настоящее время идентифицирова­но'более 12 ООО растительных веществ, обладающих фармакологической ак­тивностью.

В течение последних десятилетий широкое распространение получил ме­тод культивирования растительных клеток. Культивируемые клетки особый интерес представляют как источники экологически чистых продуктов вторич­ного метаболизма растений, применяемых в медицине, пищевой промышлен­ности, парфюмерии. Некоторые продукты синтеза растительных клеток пред­ставлены в табл. 4.1.

Перевод клеток в культуру приводит к перестройкам генома и модифика­циям биосинтетической способности клеток. В культуре клеток найдены ве­щества, которые не синтезируют интактное растение, например перицин, пе-рикалин, вомиленин.

Животные клетки. Огромное значение для медицины и ветеринарии имеют продукты синтеза клеток животных и человека. Основные аспекты их применения связаны с культивированием вирусов, созданием моноклональ-ных антител, производством вакцин и таких лекарственных веществ, как ин-терфероны. Эти индуцибельные белки обладают антивирусным и иммуномо-дулирующим действием и выделяются, в частности, из лейкоцитарных клеток человека.

Таблица 4.1. Область применения продуктов синтеза культуры клеток растений

В последние годы ряд биологических структур получают методом управ­ляемого клеточного синтеза. Эти возможности появились в результате разви­тия таких новых направлений биохимии и генетики, как клеточная и генети­ческая инженерия. Учитывая тот факт, что многие необходимые для промышленности и медицины вещества в принципе невозможно получить методом химического синтеза, продукты, образованные биологическими системами, не только не теряют, но приобретают все более важное практическое значение.