РХТУ АЕК Микробные технологии – основа биотехнологии

в промышленных аппаратах, при непрерывном культивировании, инфицирования чистых культур и

взаимодействия с посторонней микрофлорой,
- получение специализированных биопрепаратов (для биоремедиации, биоудобрений, биопестицидов и др.),
- биоконверсия возобновляемого сырья, биотопливо
- биодеградируемые пластики,
- переработка отходов биотехнологических производств, отходов других производств,
- очистка промышленных сточных вод, газо-воздушных выбросов.

продуктов пищевого назначения,
хранение продуктов;
загрязнение окружающей среды и качество пищевых продуктов,

токсикологические исследования на загрязненность продуктов,

Медицинская биотехнология:
- получение специализированных биопрепаратов для улучшения состояния внутренней среды человека (пробиотики, нормофлора для коррекции кишечной микрофлоры человека, пребиотики (препараты с молочной кислотой), получение лечебно-профилактических продуктов с использованием биотехнологий.
- вопросы токсикологии (ксенобиотики), санитарной гигиены (микробное заражение), биобезопасности; влияние загрязнений на здоровье человека (иммунитет, онкологические заболевания и т.п.) и окружающего живого мира, какие разумные меры надо предпринимать для снижения экологических рисков;
-

(биоремедиация, биорекультивация),
- использование микроорганизмов для повышения плодородия почв и

борьбы с заболеваниями растений, повышения устойчивости их к стрессам (биопрепараты для сельского хозяйства: биоудобрения, биологические средства защиты растений, биорегуляторы),
- кормовые добавки, БОО (белок одноклеточных организмов)
- вопросы использования генетически-модифицированных культур, трансгенных растений, биологических средств защиты растений.

и трансформация химических элементов; роль микроорганизмов в этих процессах,
- повышение

отдачи нефтяных пластов, удаление метана из шахт, обессеривание угля, биоизвлечение и биовыщелачивание металлов, биосорбция металлов, очистка природных сред от радионуклидов и тяжелых металлов,
- биоизвлечение и биовыщелачивание металлов, биосорбция металлов,
очистка природных сред от радионуклидов и тяжелых металлов.
Биокатализ:
Биоиндикация и биомониторинг, биотест-системы; использование ферментов и других биокаталитических систем (рибозимов, каталитических антител) для решения задач охраны окружающей среды.

газовоздушных выбросов, загрязненных почв и водоемов.
Переработка, утилизация твердых, жидких, газообразных

отходов.
Биоконверсия возобновляемого сырья.
Биоповреждения и биокоррозия.
Биомодификация.
Мониторинг выбросов биотехнологических производств. Биомониторинг, биоиндикация и биотестирование воздействий различных техногенных источников.

используется примерно 100 видов, несколько тысяч штаммов.

- синтезировать целевой продукт на определенном сырье (желательно дешевом);
-

обладать направленной биосинтетической активностью (один продукт);
- обладать генетической однородностью и стабильностью;
- обладать высокой скоростью роста и высокой продуктивностью;
- отличаться конкурентоспособностью;
- быть устойчивым к фагам;
- быть безвредным;
- быть способным выживать в широких диапазонах параметров внешней среды (рН, температура, концентрация кислорода и концентрация элементов питания);
-желательно быть термофилом и ацидофилом;
- продукт должен иметь экономическую и хозяйственную ценность и легко выделяться из субстрата.

проводят не с одной особью, а с популяцией организмов, или

культурой.

Накопительные и чистые культуры
Чистая культура – это культура, состоящая из клеток одного вида.
Смешанная культура – это культура, содержащая два или более видов микроорганизмов.
Метод накопительных культур используют для выделения микроорганизмов из природных местообитаний, где они существуют в виде смешанных популяций. За счет создания элективных условий для микроорганизмов определенной группы происходит их накопление в процессе культивирования.

закрытой системе.













При периодическом культивировании популяция микроорганизмов проходит ряд

фаз:
1- лаг-фаза;
2- экспоненциальная (логарифмическая) фаза;
3 – фаза замедление роста;
4 – стационарная фаза;
5 – фаза отмирания

это фаза «привыкания» клеток к среде, при этом индуцируются соответствующие

ферменты, увеличивается количество ДНК и РНК. Лаг-фаза удлиняется, если брать старый посевной материал и переносить клетки в совершенно новую по составу питательную среду. Лаг-фаза сокращается или отсутствует, если молодые активные клетки из экспоненциальной фазы перенести в среду того же состава и температуры.

их рост не ограничен. Считается, что все клетки живые и

рост клеточной массы строго пропорционален увеличению числа клеток. Обычно такие клетки используют в биохимических и физиологических исследованиях.
При росте в экспоненциальной фазе число клеток увеличивается в геометрической прогрессии: 20 21 22 ….. 2n

накопления продуктов метаболизма и исчерпания субстратов. Процессы деления и отмирания

клеток в популяции находятся в динамическом равновесии.
Фаза отмирания – скорость отмирания превышает скорость роста, иногда также имеет логарифмический характер.

клеток через время t,
n – число делений, то N1=N0 .2n
lg

N1=lgN0+n lg2
n= (lgN1- lgN0 )| lg2
Тогда константа скорости деления
v=n/t= (lgN1- lgN0 )| lg2(t-t0),
а время генерации g=t/n=1/v

Самые быстрорастущие –фотобактерии, их число удваивается каждые 8 минут.
E.coli - делится каждые 20 минут.

N = N0. e m t
Константа скорости роста

культуры зависит от условий выращивания, но в постоянных условиях для данной культуры она определенная.

определенной фазе (обычно экспоненциальной).
Состав среды и условия роста остаются постоянными.
Подача

вежей среды и удаление части суспензии (проток) происходят с той же скоростью, с какой растет культура.
Существует два принципиально разных типа непрерывных культур – хемостат и турбидостат.

Схема проточного ферментера

Эта концентрация лимитирующая. Если скорость прироста и скорость

вымывания равны, то система находится в состоянии динамического равновесия.
Если истинная m вследствие лимитации по субстрату оказывается меньше m max, то скорость разбавления можно менять в широких пределах без того, чтобы это привело к снижению плотности суспензии, однако скорость разбавления не должна превышать m max. Уже при небольших концентрациях субстрата бактерии растут с достаточно высокой скоростью, а если концентрация субстрата велика, то m m max

измеряет плотность вытекающей суспензии и автоматически изменяет проток (чем плотнее

культура, тем больше подается среды). В сосуде для культивирования все питательные вещества содержатся в избытке, а скорость роста бактерий приближена к максимальной.

во внимание ограничения, связанные имеющимся арсеналом технологического оборудования.



Технология культивирования микроорганизмов включает

обязательные стадии:

достаточно, чтобы обеспечить быстрое развитие микроорганизмов в среде.

Расход посевной культуры грибов, содержащей 0,5-3 млрд. спор на г сух. культуры, на единицу массы среды - 0,005% при глубинном культивировании и 0,01% - при твердофазном.
Расход посевного материала для спорообразующих бактерий - 0,002-0,03% от массы среды; для неспорообразующих бактерий – 3-10% к объему засеваемой среды.
Активация посевного материала (для сокращения лаг-фазы);
Ступенчатое выращивание вегетативных форм (пересев в возрастающие объемы питательной среды, дозировка посевного материала – 10% от объема среды);

физиологическими особенностями микроорганизмов и свойствами сырья для биоконверсии.

1. Глубинное культивирование (в толще питательной среды) применяют для выращивания бактерий, дрожжей и актиномицетов, а также мицелиальных грибов. Используют жидкие питательные среды с концентрацией питательных компонентов 5-10%. Может осуществляться в периодическом и непрерывном режиме.

Преимущества: высокий уровень механизации и автоматизации процесса; возможность ведения процесса в условиях стерильности; возможность регулировать рН и состав среды; возможность вести процесс в непрерывном режиме.

сред). Разновидность – твердофазная ферментация. Выращивание микроорганизмов на увлажненных, хорошо

аэрируемых твердых (сыпучих) средах (отруби, лигноцеллюлозные субстраты, свекловичный жом и т.п.).
Осуществляется в периодическом режиме.
Применяют почти исключительно для выращивания мицелиальных грибов.
Преимущества: возможность использования крупнодисперсных субстратов, хорошие физические свойства среды, обеспечивающих высокий уровень тепло- и массообменных процессов в культуре, создаются условия, максимально приближенные к естественным.

состав среды, рН, температура, уровень аэрации среды, влажность среды и

подаваемого воздуха (для твердофазной ферментации), вид пеногасителя (для глубинного способа), продолжительность культивирования.
рН обычно устанавливают в интервале 5-7;
Температура для мезофилов 30-37оС (бактерии) и 26-30 оС (грибы); для термофилов - 65 оС.
Аэрация – за счет перемешивания и барботажа;
Гашение пены – добавки природных или синтетических пеногасителей (адеканоль, пропинол и др.)

Мир, 2006.
– 504 с.
2. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б.,

Лушников С.В. и др. Прикладная экобиотехнология
(в 2-х томах). – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010. – Т.1 - 829 c., Т.2 + 485 с.
3. Экологическая биотехнология./ Под ред. К.Ф.Форстера, Д.А.Дж. Вейза. – Л.: Химия,
1990. – 384 с.

всех полностью секвенированных прокариотических геномах. Помимо удобного доступа ко всем

организмам на одном сайте, в CMR возможен удобный многофункциональный поиск и перекрёстный анализ различий и сходств между геномами (http://cmr.jcvi.org/tigr-scripts/CMR/CmrHomePage.cgi). Доступ к полностью секвенированным бактериям и геномному инструментарию, в частности проведение виртуального рестрикционного анализа нуклеотидных последовательностей и многое другое (Peterson et al., 2001).
LPSN (List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature) — современный перечень названий прокариот согласно номенклатуре (http://www.bacterio.cict.fr/index.html).