МІКРОБІОТЕХНОЛОГІЯ

МІКРОБІОТЕХНОЛОГІЯ (грец. mikros — малий + bios — життя + techne — мистецтво + logos — слово, вчення), або мікробна біотехнологія, базується на інтегрованому використанні мікробіології, біохімії та інженерних наук з метою реалізації потенційних здібностей мікроорганізмів у техніці та промисловому виробництві. Об’єктами М. є мікроорганізми — бактерії, гриби, віруси (включаючи віроїди і фаги), лишайники, протозоа. У деяких випадках біооб’єктами є так звані первинні метаболіти мікробного походження, напр. ферменти, каталітична активність яких лежить в основі інженерної ензимології. Відносні переваги більшості мікроорганізмів як біооб’єктів такі: більша «простота» організації геному; досить легка пристосованість (лабільність) до середовища існування у природних і штучних умовах; виражені швидкісні характеристики перебігу ферментативних реакцій і наростання клітинної маси за одиницю часу. Порівняно з рослинними і тваринними клітинами мікробні клітини розмножуються, як правило, набагато швидше, отже, у них швидше відбуваються усі метаболічні (обмінні) процеси. М. на клітинному рівні практично реалізована значно раніше, ніж фіто- і зообіотехнології. Для прикладу можна назвати готування низки харчових продуктів (кисломолочних, хліба, сирів), виробництво вин, пива, спиртів, органічних кислот, амінокислот, антибіотиків, ферментів, окремих вітамінів, білкових та інших кормів для сільськогосподарських тварин, а також речовин, виробництво яких ґрунтується на методах генетичної інженерії та ін.

Принципи культивування мікроорганізмів полягають у такому: з моменту внесення мікроорганізмів (засіви) у поживне середовище має місце індукція їх фізіологічної активності, особливо у логарифмічну та/або стаціонарну фази розмноження. При цьому одночасно поєднано перебігають множинні реакції, що каталізуються іммобілізованими чи вільними ферментами. У реакції, особливо на перших етапах, нерідко залучаються високомолекулярні речовини з певною конфігурацією молекул. Тому варто враховувати специфіку вирощування мікроорганізмів. Головні особливості культивування мікроорганізмів з метою одержання більшості первинних і вторинних метаболітів такі: необхідність застосування спеціальних біореакторів місткістю від декількох десятків м3 і до 200, 1000 м3 і більше, в яких можлива підтримка асептичних умов протягом порівняно тривалого часу; видові відмінності біооб’єктів, з якими пов’язані специфічні характеристики поживних середовищ, кардинальні значення (мінімальні, оптимальні й максимальні) температури і рН; унеможливлювання одночасної підтримки сталості критеріїв хімічної, теплової, дифузійної та гідродинамічної подоби, з чим пов’язані труднощі масштабування біотехнологічних процесів; відмінності в масообмінних процесах аеробів і анаеробів — культивування аеробів здійснюють у трифазних системах («тверде тіло (клітини) — рідина — газ»), анаероби вирощують у вигляді двофазних систем («тверде тіло (клітина) — рідина»); необхідність перемішування культуральних рідин з метою поліпшення масообміну (кисню повітря для аеробів насамперед), а це, у свою чергу, індукує піноутворення і, як наслідок, диктує необхідність вдаватися до піногасіння; мікроорганізми чутливі до впливу механічних, фізичних і хімічних факторів; при мікробному синтезі цільових продуктів мають місце індукція (активація), інгібування (репресія) і деякі інші регуляторні процеси, що ускладнюють у цілому регуляцію розмноження продуцента і біосинтез ним кінцевого продукту; швидкість біосинтезу цільових продуктів більш повільна порівняно зі швидкостями хімічного синтезу; окремі види мікроорганізмів, що використовуються у біотехнологічних процесах, є хвороботворними, і робота з ними повинна проводитися особлива (дифтерійні та правцеві палички, мікобактерії туберкульозу, холерний вібріон та ін.); деякі представники мікробного світу повинні культивуватися тільки на (у) живих тканинах/клітинах (курячі ембріони, клітини людини і тварин тощо), напр. віруси, рикетсії. Будь-який біотехнологічний процес реалізують умовно у два етапи. Перший з них — передферментація, коли необхідно виконати всі підготовчі роботи для реалізації другого етапу — ферментації, тобто накопичити і виділити цільовий продукт.

М. — напрямок біотехнології (див. Біотехнологія), завдяки якому у різних галузях народного господарства, зокрема фармацевтичній, можливе отримання великої кількості БАР: антибіотиків, ферментів, коферментів, гормонів, вітамінів, органічних кислот, амінокислот, білків, ліпідів, полісахаридів, нуклеїнових кислот, пробіотиків тощо та ЛП на їх основі.

Биотехнология. В 8 кн / Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. Кн. 1: Егоров Н.С., Олескин А.В., Самуилов В.Д. Проблемы и перспективы. — М.; 1987;БЭС. В 2 т. / Гл. ред. А.М. Прохоров. — М., 1991. — Т. 1.; Сассон А. Біотехнологія: свершения и надежды / Пер. с англ.; Под ред. В.Г. Дебабова. − М., 1987.