| чение их свойств. С помощью М. и. было выяснено значение микробов в круговороте веществ в природе, их мно-тогранная роль в жизни растений, животных и человека. М. и. важны для диагностики, предупреждения и лечения инфекц. заболеваний, выяснения источников инфекции, механизма её передачи и путей распространения, для контроля качества продуктов питания. М. и. микрофлоры воздуха, воды и почвы вооружили гигиену мн. методами сан.-гигиенич. оценки окружающей среды и способствовали разработке мер её охраны и оздоровления (см. Охрана природы). Для проведения М. и. пользуются специально разработанными методами и соответствующей аппаратурой (см. Микробиологическая техника).
Лит. см. при статьях Генетика микроорганизмов и Микробиология.
А. В. Пономарёв.
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, синтез структурных элементов или продуктов обмена веществ микроорганизмов за счёт присущих микробной клетке ферментных систем. При М. с., как и любом органич. синтезе, сложные вещества образуются из более простых соединений. М. с. следует отличать от брожения, в результате к-рого тоже получаются различные продукты микробного обмена (напр., спирты, органич. к-ты), но преим. за счёт распада органич. вещества. Значит, часть продуктов, образующихся в ходе М. с., обладает физиологич. активностью и представляет практич. ценность для нар. х-ва.
К. М. с. относят широкий круг процессов. 1. Накопление микробной массы для использования её: а) в качестве бел-ково-витаминных добавок к кормам; б) как источника получения белков, липи-дов, ферментов, токсинов, витаминов, антибиотиков; в) для борьбы с паразитами животных и растений; г) в качестве носителя ферментативной активности в реакциях микробиологич. (энзима-тич.) трансформации органич. соединений. 2. Получение накапливающихся вне микробной клетки метаболитов, в т. ч. ферментов, токсинов, антибиотиков, аминокислот, витаминов, нуклео-тидов и т. п.
М. с. осуществляется внутри клетки при активации низкомолекулярных компонентов (напр., коферментом А) и участии нуклеотидфосфатов, чаще всего адениловых производных (см. Адено-зинфосфорные кислоты). Затем мн. метаболиты выводятся из клетки в среду. Характерная особенность микроорганизмов - их способность к сверхсинтезу, т. е. избыточному образованию нек-рых продуктов обмена веществ (мн. аминокислот, нуклеотидов, витаминов), превышающему потребность микробной клетки. Так, глутаминовая к-та при сверхсинтезе может накапливаться в количестве св. 10 мг!мл среды (культура Micrococcus glutamicus), витамин В2-до 1-2 мг/мл (грибы Eremothecium ashbyii u Ashbya gossipii), вместо обычных сотых и даже тысячных долей мг. Способность к сверхсинтезу того или иного соединения свойственна определённым видам микроорганизмов, к-рыми, как правило, и пользуются в качестве продуцентов при произ-ве соответств. метаболитов путём М. с. При этом применяют не только культуры, отобранные из природных источников, но и специально выведенные искусств, путём мутанты -штаммы, у к-рых сверхсинтез - следствие нарушений обмена веществ под воздействием мутагенов. Применение мутантов позволяет значительно увеличить выход ряда продуктов. Напр., выведены культуры с высоким уровнем сверхсинтеза лизина, инозиновой к-ты, нек-рых витаминов. При помощи мутантов удалось в 100-150 раз поднять активность биосинтеза пенициллина; мутантные штаммы используются при. произ-ве как этого, так и др. антибиотиков.
В процессе М. с. получают ряд продуктов, причём за счёт самых разных соединений углерода и азота. Это обусловливается большим разнообразием ферментных систем микроорганизмов. Так, для синтеза белков, нуклеиновых к-т и др. метаболитов клетки могут использовать в зависимости от особенностей культуры разные неорганич. источники азота, а из соединений углерода - различные углеводы органич. к-ты (в т. ч. уксусную к-ту) жидкие, твёрдые или газообразные углеводороды и др. Определённые виды способные к хемосинтезу или фотосинтезу, в качестве источника углерода могут усваивать углекислый газ. т.. о. подбор соответствующих культур даёт возможность получать путём М. с. же лаемые вещества из дешёвого и доступ ного сырья. Эти особенности делают М. с. весьма эффективным способом произ-ва мн. соединений; часть из них (напр., мн. антибиотики) экономически выгодно получать ныне только таким путём.
Нек-рые продукты М. с. давно использовались человеком (напр., пекарские дрожжи), но широкое пром. применение М. с. получил начиная с 40-50-х гг. 20 в. Прогресс в этой области связан прежде всего с открытием пенициллина, что побудило начать детальные исследования у микроорганизмов продуктов обмена веществ, обладающих физиологич. активностью. Освоение в пром. масштабах произ-ва пенициллина привело к решению мн. микробиологич., технологич. и инж. задач. Это, наряду с расширением произ-ва дрожжей как белково-витаминных добавок к кормам, послужило основой для развития пром. М. с. Так, в частности, были созданы специальные аппараты - фер-ментёры, с помощью которых можно вести технологич. процесс биосинтеза без доступа посторонних микроорганизмов, снабжённые устройствами для перемешивания среды и для подачи стерильного воздуха.
Технологически совр. процесс М. с. состоит из ряда последоват. этапов (операций). Главные из них: подготовка необходимой культуры микроорганизма-продуцента; подготовка питат. среды; выращивание посевного материала; культивирование продуцента в заданных условиях, в ходе к-рого и осуществляется М.с., часто называемый ферментацией (напр., ферментация антибиотиков); фильтрация и отделение биомассы; выделение и очистка требуемого продукта, когда это необходимо; сушка. Процессы выделения и очистки, часто занимающие важное место среди др. технологич. операций, определяются химич. природой получаемого вещества и могут включать экстракционные и хроматографич. методы, кристаллизацию, осаждение и др. Наиболее прогрессивным способом культивирования считается непрерывный -с непрерывными подачей питат. среды и выводом продуктов М. с. Так производят, напр., микробную биомассу (кормовые дрожжи). Однако непрерывный способ разработан далеко ещё не для всех процессов М. с., и большинство метаболитов (аминокислоты, антибиотики, витамины) получают периодич. способом - с выводом продукта в конце процесса. В нек-рых случаях (напр., при произ-ве ряда ферментов) продуценты выращивают не в фер-ментёрах с аэрацией и перемешиванием (глубинный способ), а на поверхности питат. среды -т. н. поверхностным способом. Для произ-ва разнообразных продуктов М. с. в СССР создана микробиологическая промышленность, уже выпускающая большой ассортимент соединений разных классов. Работы в области М. с.
проводятся почти во всех промышленно развитых странах. Во многих из них продукты М. с. являются важной составляющей экономики страны, напр, производство ферментов и аминокислот -в Японии, лекарственных препаратов -в Венгрии.
Антибиотики - один из первых продуктов М. с., к-рые широко производят для медицины и с. х-ва. Большинство антибиотиков накапливается вне клеток микроорганизма-продуцента, которыми в основном являются актиномицеты, нек-рые грибы и бактерии, гл. обр. их мутантные формы. Антибиотич. препараты, употребляемые преим. в медицине, отличаются высокой степенью чистоты. На корм животным чаще идёт концентрат среды после выращивания в ней продуцента, иногда вместе с биомассой, содержащий значительное количество др. продуктов обмена веществ продуцента, в т. ч. витамины, аминокислоты, нуклеотиды и т. п. Нек-рые антибиотики (фитобак-териомицин, трихотецин, полимиксин) используются как средства защиты растений от фитопатогенных микроорганизмов.
Витамины, провитамины, коферменты. Методом М. с. производят в основном витамин В12, а частично и витамин В2 и его коферментную форму - флавин-адениндинуклеотид (ФАД), каротинои-ды, эргостерин. Кроме того, развивается произ-во разных др. соединений этого типа (никотинамидные коферменты и др.). Витамин Bi2 получают практически только путём М. с. Осн. продуцентами при этом служат пропионовокис-лые бактерии, актиномицеты, а также комплекс метанобразующих бактерий, использующих отходы бродильной пром-сти (послеспиртовые, ацетоно-бути-ловые барды и др.) и применяемых в основном для получения кормового концентрата (высушенная среда с биомассой продуцента). Мн. микроорганизмы способны к сверхсинтезу витамина В2 с активным выделением его в среду, но в качестве пром. продуцентов употребляют наиболее активные культуры, гл. обр. грибы Eremothecium ashbyii и Ashbya gossipii. Помимо свободного витамина, при помощи Е. ashbyii получают также ФАД. [3-каротин-провитамин витамина А, получаемый также др. способами (извлечение из моркови и др. объектов, хи-мич. синтез), образуется наряду с др. каротиноидами мн. микроорганизмами и содержится в клетках, придавая биомассе характерную окраску от жёлтой до красных тонов; однако наибольший практич. интерес представляет культура Blakeslea trispora - самый активный синтетик, к-рым и пользуются в основном в качестве продуцента при пром. биосинтезе. Эргостерин - провитамин витамина D2 - содержится в клетках мн. дрожжей; осн. источником его пром. получения служат пекарские дрожжи. Однако уже имеются дрожжев |
