Промышленные и экологические приложения биотехнологии: биокатализаторы

05.12.200666410
Начало брошюры см. здесь.

Биокатализаторы

Промышленные биотехнологические компании уделяют много внимания разработке новых ферментов (биокатализаторов) для внедрения в различные сферы производства. В клетках живых организмов ферменты участвуют в расщеплении пищи, превращении закодированной в ДНК информации в белки, а также для выполнения других непростых задач. Ферменты классифицируются по субстратам – веществам, с которыми они вступают во взаимодействие. К наиболее многочисленным классам ферментов относятся протеазы, расщепляющие белки; расщепляющие целлюлозу целлюлазы; липазы, разрушающие жиры и жирные кислоты, и амилазы, расщепляющие крахмал до простых сахаров.

Биотехнологические компании занимаются поиском новых биокатализаторов, обладающих промышленной ценностью и не нарушающих при этом равновесия окружающей среды, созданием высокоспецифичных и высокоизбирательных биокатализаторов с использованием биотехнологических подходов и их производством в промышленных масштабах с использованием ферментационных систем того же типа, что применяются в производстве терапевтических белков и дрожжевой массы для пивоваренной и хлебопекарной промышленностей. Ферментация осуществляется с использованием природных либо генетически модифицированных с помощью различных методов биотехнологии микроорганизмов (бактерий, дрожжей и др.).

Разработка новых биокатализаторов

Компании, работающие в области промышленной биотехнологии, постоянно соперничают в разработке новых высокоактивных ферментов и других биоактивных соединений, способных улучшить современные производственные процессы.

Для осуществления химических процессов, в том числе производства бумаги, обработки текстиля и синтеза специализированных химикалий иногда требуются очень высокие или низкие температуры, либо очень кислотная или щелочная среда.

Внедрение биокатализаторов в производственный процесс, протекающий в экстремальных условиях, подразумевает поиск организмов, способных переносить эти условия. Наиболее подходящими кандидатурами в таких случаях являются микроорганизмы, а зоной поиска – естественные условия, сходные с условиями рассматриваемого процесса.

За миллионы лет своего существования микробы смогли приспособиться к любым, даже самым невероятным и суровым условиям обитания. Для существования в необычных условиях требуются необычные катализаторы, биохимический потенциал большей части которых до сих пор не выяснен. На настоящий момент идентифицировано не более 1% всего многообразия микроорганизмов. Так называемая биоразведка позволяет ученым выявлять новые виды микробов-экстремофилов, оптимальными условиями функционирования которых являются относительно экстремальные уровни кислотности, солености, температуры или давления, необходимые для протекания некоторых производственных процессов.

Информация, полученная в результате изучения генов микроорганизмов, позволяет ученым использовать практически безграничное генетическое разнообразие микробных популяций. Исследователи используют пробы ДНК для выявления на молекулярном уровне генов, ответственных за синтез ферментов, обладающих специфическими биокаталитическими свойствами. Однажды выявленные, такие ферменты могут быть идентифицированы и охарактеризованы согласно своей способности функционировать в условиях промышленных процессов и, при необходимости, улучшены с помощью биотехнологических методов.

Усовершенствование существующих биокатализаторов

Для повышения соотношения эффективность/стоимость ученые модифицируют гены использующихся в производстве ферментов микроорганизмов с целью повышения продуктивности синтезируемых ими агентов. Они также встраивают в геномы таких микроорганизмов гены, ответственные за синтез ферментов, первичные производители которых слишком дороги или сложны в культивировании.

Биотехнологические подходы белковой инженерии и направленная эволюция белков максимально повышают эффективность и производительность ферментов. Они используются для модификации специфичности ферментов, улучшения их каталитических свойств и расширения спектра условий, обеспечивающих их полноценное функционирование, что дает возможность их использования в современных промышленных процессах.

Евгения Рябцева
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/ по материалам BIO.org
Продолжение следует.

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей