Использование генетически модифицированных микроорганизмов для производства лекарственных препаратов

Введение
Молекулярная биология, биохимия, молекулярная генетика и генная инженерия представляют собой тот комплекс наук, которые играют решающую роль в развитии биотехнологий. Однако в зависимости от предмета и направления исследований, указанные дисциплины вносят свой вклад в решение различных проблем, стоящих перед человечеством.
Те возможности, которые открывает биотехнология перед человечеством, как в области фундаментальных научных исследований, так и в плане практического применения, можно с полным правом считать революционными. Например, достижения биотехнологии позволили осуществлять производство необходимых белков в промышленных масштабах, значительно облегчить технологические процесс синтеза ферментативных продуктов, таких как энзимы и аминокислоты.
Также генная инженерия и биотехнология может помочь в селекции растений и животных и лечении наследственных патологий, связанных с нарушением структуры и количественного и качественного состава генов и хромосом.
В основе современной биотехнологии лежат два важнейших метода – это генная инженерия и клеточная инженерия. Именно методами клеточной инженерии возможно проводить конструирование клеток нового типа, которые в свою очередь могут применяться для воссоздания жизнеспособных клеток из отдельных фрагментов, для того, чтобы объединить различные клетки (в том числе принадлежащие разным животным) в единое целое и ряд других операций.
Методы генной инженерии направлены на конструирование новых сочетаний генов, которые в природе не существуют. Результатом применения таких методов становится получение рекомбинантных т.е. модифицированных молекул РНК и ДНК при помощи выделения из организма отдельных генов, ответственных за проявление конкретного признака.
После того, как с выделенными генами происзведен ряд манипуляций, они вводятся в другие организмы (например, в дрожжи, бактерии, растения и млекопитающих), которые становятся способными к синтезу конечных продуктов с уже новыми свойствами, причем эти свойства носят заданный, заранее определенный характер. При помощи методов генной инженерии становится возможным получение заданных качеств изменяемых или генетически модифицированных организмов – трансгенных растений и животных. Использование таких организмов позволяет эффективно бороться с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений и животных, получать микроорганизмы с заданными свойствами и т.п.
Целью работы является изучение использования генетически модифицированных микроорганизмов для производства лекарственных препаратов.
Технологические схемы производства
1. Получение этанола биотехнологическом способом
Основными промышленными продуцентами являются дрожжи Sacch.cerevisiae. Перспективным является использование дрожжей рода Candida, способных сбраживать пентозы сульфитных щелоков; дрожжей Kluyveromyces fradilis и Kl. Lactic, ассимилирующих лактозу (молочная сыворотка).Некоторые дрожжевые культуры – продуценты этанола обладают высокой амилолитической активностью (Candida fennica); дрожжи C.tropica-lis, Kluyveromyces marxianus образуют этанол из D-ксилозы в аэробных условиях; дрожжи Pichia stipitis и C.shehata могут использоваться для производства этилового спирта из гидролизатов растительного сырья [3].
Промышленные способы предусматривают использование трех видов сырья: сахаросодержащие (меласса, сок сахарной свеклы и сахарного тростника); крахмалсодержащее (ячменное и злаковое сусло, кукурузный сироп, рис); целлюлозосодержащее (гидролизаты древесины, сульфитный щелок, початки кукурузы, картофельная мезга, злаковая солома).
Для гидролиза (осахаривания) крахмалсодержащего сырья используют препараты α-амилазы, в т.ч

. иммобилизованные; культуры дрожжей, обладающих высокой амилазной активностью. При использовании злаковой муки ее предварительно растворяют при температуре 70-80оС. Гидролиз крахмала осуществляют при 50-60оС, рН 6,0-6,5.
Целлюлозосодержащее сырье подвергают кислотному гидролизу при рН 1,8-2,2 (слабой серной кислотой) и нейтрализуют до рН, оптимального для культивирования продуцента (4,5-5,5).
Посевной материал дрожжей выращивают при 28-30оС; рН 4,2-4,5; аэрации, как правило, на мелассных или крахмалсодержащих средах[2].
К новым способам и приемам по сравнению с классическим получением пива и вина относятся: использование новых штаммов микроорганизмов, например флокулирующих, крахмало- и пентозопотребляющих дрожжей и бактерии Zymomonas mobilis [5].
Новая технология на стадии сбраживания состоит в применении фиксированных микроорганизмов, а также реакторов петлевого типа в непрерывноде ствующем производстве проведении процесса в аэробных условиях и введении колонн энергетически оптимизированной дистилляции и абсолютизирования через теплообмен и ступенчатое давление в колоннах.
472440-635
Рис. 1. Технологическая схема получения этилового спирта
1,2 - компрессоры; 3 - трубчатая печь; 4 - теплообменник; 5 - реактор; 6 - солеотделитель; 7 - холодильник; 8, 10 - сепараторы; 9 - абсорбер; 11 - колонна тгонки легкой фракции; 12 - этанольная колонна; 13 - установка ионообменной очистки оборотной воды
2. Биотехнологическое получение ферментных препаратов
Неочищенные ферментные препараты представляют собой культуру микроорганизма вместе с остатками питательной среды, высушенную при мягком режиме до влажности не более 8 – 12 %.
Неочищенный ферментный препарат может быть получен на основе поверхностной или глубинной культуры. Глубинная культура может быть перед сушкой очищена от нерастворимой части (твердая взвесь среды и биомассы продуцента) или высушена вместе с ней.
Большинство продуцентов накапливает основную часть синтезируемых ими ферментов в питательной среде. При получении очищенных ферментных препаратов нерастворимую часть среды вместе с биомассой продуцента отделяют на фильтрах, центрифугах или сепараторах [7].
На этой стадии стерильность процесса чаще всего нарушается.
Эффективность отделения биомассы во многом зависит не только от типов используемых аппаратов, но и от состава среды, размеров отделяемых частиц, количества нерастворимой фракции, физико-химических характеристик фильтрующих материалов, температурных режимов и т. д.
Для улучшения процесса фильтрования проводят предварительную химическую обработку культуральной жидкости. Для этого культуральную жидкость подщелачивают до рН 8 – 8,5 и вводят 0,1 %-ный раствор хлористого кальция, в результате образуется гель фосфата кальция, который способствует наиболее полному отделению осадка при наименьших потерях.
Полученную биомассу продуцента вместе с нерастворимыми частицами среды (биошрот) при необходимости стерилизуют, высушивают и используют на корм животным. Фильтрат культуральной жидкости нестабилен, он не может храниться и должен немедленно направляться на дальнейшую обработку для получения очищенных ферментных препаратов.
Экстракт с содержанием сухого вещества 7 – 14 % при получении из него сухих препаратов не нуждается в дополнительном концентрировании и поэтому может быть сразу направлен на распылительную сушку с целью получения технического препарата, или же экстракт направляется в охладитель, а затем на осаждение органическими растворителями или солевыми растворами [5]