Краткое содержание: Параграф § 72. / Биология 10 класс

Сущность и объекты микробиологической технологии

Микробиологическая технология представляет собой область биотехнологии, использующую искусственно культивированные, специально выведенные штаммы микроорганизмов для массового промышленного получения жизненно важных продуктов, таких как антибиотики, ферменты, гормоны, витамины, кормовой белок и другие. Основными объектами этой технологии служат клетки микроорганизмов, в первую очередь бактерии и одноклеточные грибы (дрожжи), которые обладают уникальными метаболическими возможностями и высокой скоростью размножения.

Получение антибиотиков и других продуктов

Одним из важнейших достижений микробиологической технологии стало производство антибиотиков. В 1928 году Александр Флеминг открыл, что плесневый гриб пеницилл (Penicillium) способен вырабатывать вещество, угнетающее рост болезнетворных бактерий. Это положило начало эре антибиотиков. Благодаря селекционной работе, основанной на искусственном отборе и мутагенезе (например, с использованием радиации), продуктивность штаммов пеницилла была увеличена в тысячи раз, что сделало возможным их промышленное производство.

Производство белка, аминокислот и витаминов

Еще одно ключевое направление — промышленное производство пищевого и кормового белка (микробной биомассы). Для этого используются особые штаммы дрожжей. Культивирование происходит в специальных аппаратах — биореакторах, где микроорганизмы разлагают растительное сырье, чаще всего солому, с высокой скоростью накопления биомассы. Дрожжи рода Candida, например, способны наращивать свою биомассу в 10 раз быстрее, чем другие организмы. Получаемый белок (микроскопические грибы, используемые как корм для животных) может служить не только как кормовая добавка, но и как пищевой продукт, заменяя в рационе мясо и другие традиционные продукты, а также в составе пищевых добавок для вегетарианцев и людей с ожирением. Внесение микробного белка, обогащенного незаменимыми аминокислотами (такими как лизин, метионин, триптофан) и витаминами (например, группы \(\text{B}\), \(\text{C}\), \(\text{D}\)), значительно повышает общую питательную ценность кормов и пищи, а также укрепляет устойчивость сельскохозяйственных животных к болезням и предотвращает авитаминозы. Синтезируемые микроорганизмами ферменты используются в пищевой промышленности и сельском хозяйстве.

Экологические и промышленные применения

Микробиологическая технология также нашла применение в решении экологических и промышленных задач:

• Биологическая очистка водоемов от нефти: Штаммы дрожжей рода Candida способны синтезировать белок на углеводородах нефти. Это позволяет применять их для биологической очистки воды, загрязненной мазутом, бензином и другими нефтепродуктами.
• Горнодобывающая промышленность (бактериальное выщелачивание металлов): Микроорганизмы улучшают качество руд с низким содержанием металла, повышают эффективность добычи из забалансовых руд, а также повышают нефтеотдачу пластов. Процесс основан на биохимическом выщелачивании металлов, например меди, из сульфидных руд. Используются тионовые бактерии, которые окисляют серу и серосодержащие соединения. Основной процесс — окисление бактериями сульфидов металлов (железа, цинка, меди, кадмия) до сульфатов: \( \text{MeS} + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{MeSO}_4 \). Для жизнедеятельности тионовым бактериям необходим кислород, ионы \(\text{Fe}^{2+}\) и \(\text{Fe}^{3+}\) и кислая среда (\(\text{pH} = 2 - 3\)). Ежегодно таким способом добывается до 5% мирового объема меди.
• Удаление сернистых соединений: Тионовые бактерии используются для обессеривания каменного угля и мазута, предотвращая выброс в атмосферу сернистого газа, который образует серную кислоту — причину кислотных дождей.
• Повышение нефтеотдачи пластов: Углеводородокисляющие и метанообразующие бактерии вводятся в нефтяной пласт с закачиваемой водой. Они частично разрушают нефть, сопровождая этот процесс накоплением углекислого газа, водорода и низкомолекулярных органических кислот. Метанообразующие бактерии затем превращают эти газы в метан. Происходит разжижение нефти, повышается газовое давление, что увеличивает дебит скважины.