Приклади традиційних біотехнологічних виробництв
Найбільш велика область застосування традиційної біотехнології за масштабами і вартості – як і раніше харчова промисловість (виробництво кисломолочних продуктів, соєвого соусу, сироваріння, пивоваріння, виноробство та ін.)
Друга за економічної значимості область – власне мікробіологічна промисловість, річна продукція якої оцінюється в 30 млрд. Дол., У США вона приростає на 5-7% щорічно [[23]]. Великотоннажної ферментацією в асептичних умовах виробляють антибіотики, амінокислоти, промислові ферменти, полісахариди, біопестіуіди, вітаміни, біополімери та ін.
Одним з найбільших за обсягом і за значенням біотехнологічних виробництв стало виробництво антибіотиків. Вони зараз виробляються на 10-12 млрд. Дол. на рік. У середині XX в. вони займали перше місце серед фармацевтичний продукції розвинених країн. Їх соціальне значення було дуже велике, цілий ряд грізних хвороб надовго перестав тероризувати людство, знизилася дитяча смертність і підвищилася тривалість життя, особливо в країнах, що розвиваються, що сприяло демографічного вибуху в країнах, що розвиваються і старіння населення в розвинених.
Збільшилася кількість відкритих антибіотиків природного походження. До 1945 року було відкрито лише 32 антибіотика, до середини 70-х років ця цифра досягла трьох тисяч, а в 80-ті роки – більше шести тисяч. Однак у медичній практиці використовуються лише десятки антибіотиків. Стосовно до продуцентів антибіотиків вперше почали практично застосовувати індукований мутагенез. Були розроблені принципово нові технологічні підходи для виділення і очищення антибіотиків. У СРСР технологія ферментації розроблялася в ВНДІ пеніциліну (тепер ВНДІ антибіотиків).
Велике значення в організації промисловості з отримання антибіотиків мало вивчення їх будови, шляхів біосинтезу їх молекул, механізму їх дії. З’явилася можливість регулювати цей процес за рахунок введення попередників. Велика віха у розвитку цієї галузі пов’язана з розробкою методів модифікації природних антибіотиків шляхом деяких змін в їх структурі, здійснюваних хімічним або біологічним шляхом. Велике практичне значення мало отримання напівсинтетичних похідних пеніцилінів і цефалоспаріни.
Розширилися області застосування антибіотиків: отримують спеціальні немедичні антибіотики для тваринництва, птахівництва, бджільництва, рослинництва, харчової, консервної промисловості і т. Д.
Широке (і часто неправильне) застосування антибіотиків призводить до того, що виробляються стійкі до них штами хвороботворних мікроорганізмів і існуючі антибіотики втрачають ефективність. У той час, коли медики були впевнені в швидкої повну перемогу над інфекційними хворобами, з’явилися нові хвороби (СНІД тощо.), І нові форми старих хвороб (туберкульозу та ін.), Проти яких не вдається знайти ефективних засобів боротьби.
Тому доводиться створювати все нові і нові препарати.
Біотехнологічними способами проводиться ряд вітамінів для медицини та сільського господарства, хоча в ряді випадків хімічний синтез виявився рентабельніше і витіснив мікробіологічне виробництво.
Одним з напрямків біотехнології, з становленням якого пов’язане створення в СРСР великотоннажних виробництв, стало індустріальне виробництво білка одноклітинних. Проблема постачання людства білком має велике соціальне значення, оскільки більше половини населення земної кулі (у тому числі, на жаль, і населення сучасної Росії) харчується незадовільно, не отримуючи, зокрема, достатньої кількості білка. Увага до проблеми залучили дослідження біологів і медиків середини ХХ ст., Які дозволили з’ясувати, скільки білка і якого амінокислотного складу має бути в харчовому і кормовому раціоні, до яких тяжких наслідків (серйозних захворювань, підвищення дитячої смертності) призводить недолік цих речовин у харчуванні. У зв’язку із зростанням населення, скороченням посівних площ через урбанізації, індустріалізації, забрудненням океану і іншими причинами, ця проблема буде загострюватися, і тому, поряд з інтенсифікацією сільського господарства, дуже важливо і вишукування нових альтернативних ресурсів білкових речовин.
Перспективним джерелом білка є біомаса мікроорганізмів. Вона може містити велику кількість (40-80%) білка, повноцінного за амінокислотним складом, в той час, як традиційні джерела – м’ясо, сир, бобові рослини – містять 16-20% білка. Продуктивність біотехнологічних виробництв може бути дуже висока: відомі мікроорганізми, подвоюють свою масу за 5-30 хвилин, в той час, як подвоєння білкової маси тварин обчислюється роками або місяцями, рослин – тижнями. Крім того, мікробіологічним методом можна отримувати білок, що містить надлишок деяких незамінних амінокислот (наприклад, лізину), і це робить можливим його використання для збалансування рослинних білків, неповноцінних за амінокислотним складом.
Традиційно для одержання кормових або харчових дріжджів використовували відходи сільського господарства, целюлозно-паперової, молочної, цукрової, гідролізної та інших галузей промисловості. Харчові дріжджі застосовувалися під час обох світових воєн. У 50-х роках великі надії були пов’язані з куьтівірованіем зеленої водорості хлорели, були розроблені виробничі процеси, але вони так і не вийшли з експериментальній стадії.
В кінці 50-х років французький дослідник Л. Шампанья, що працював на British Petroleum (BP), показав можливість отримання в промислових умовах біомаси дріжджів роду Саndida за рахунок їх вирощування на вуглеводнях нафти (н. Парафінах), в 1962 році фірма побудувала першу пілотну фабрику з випуску продукту.
Ідея широкомасштабного промислового автоматизованого виробництва білка, не залежного від випадковостей погоди, навал шкідників і хвороб, відповідала технократичному духу епохи, і в багатьох країнах була сприйнята з ентузіазмом. Вона здавалася швидким вирішенням проблеми голоду і нестачі білка, особливо в країнах, що розвиваються – тим самим використанням достіженітй багатих країн для потреб бідних, про який мріяли біотехнологи. Великі нафтохімічні компанії Великобританії, США, Франції, ФРН, Японії розробляли промислові процеси отримання “білка одноклітинних” на чистих парафінах, нафтових дистилятах, природному газі і метанолі. У 1967 і 1973 роках проводилися інтернаціональні конференції, де було схвалено отримання “білка одноклітинних” на вуглеводнях [[24], [25]]. У гонку з лідером – BP – включилися інші європейські компанії (Shell, Hoechst, ICI), були запущені перші виробництва. Але санітарні органи Японії, Франції, Італії та інших країн наклали заборону на застосування цього продукту через можливе негативного впливу на здоров’я людей. У 1976 р за кордоном ці підприємства були законсервовані. У 1985 р Комісія ЄЕС заборонила використання продукту, отриманого на н-парафіну через недостатність даних про можливу патогенності дріжджів роду Саndida, а також про біологічну дію синтезованих цими дріжджами жирних кислот з непарним числом атомів вуглецю і наявності в отриманому продукті залишкових вуглеводнів з можливим канцерогенну дію. Крім того, існувала думка про недоцільність використання цінного невідновлюваної сировини – нафти для одержання кормового продукту, в умовах настав нафтової кризи ці міркування стали відігравати велику роль, підвищення цін на нафту зробило проект набагато менш привабливим економічно.
Роботи зі створення технології отримання дріжджів на парафінах почалися в СРСР і країнах членах РЕВ (НДР, ЧССР та ін.). Виробництво кормового білка на парафінах здалося керівництву СРСР простим вирішенням проблем тваринництва, викликаних в першу чергу неефективною організацією сільського господарства, був прийнятий ряд постанов партії та уряду з цього приводу. На реалізацію проекту було виділено великі кошти. У 1963 р для організації в промислових умовах процесу вирощування мікроорганізмів на вуглеводневому сировину був створений Всесоюзний інститут біосинтезу білкових речовин. Над цією проблемою працювали фахівці більше 200 інститутів країни – Інститут мікробіології АН СРСР, Інститут біохімії і фізіології мікроорганізмів АН СРСР, нафтові, сільськогосподарські та харчові інститути і т. Д. З 1964 р проводилися медико-біологічні дослідження нешкідливості та біологічної цінності дріжджів роду Саndida, вирощених на парафінах. У матеріалах з’їздів КПРС, Пленумів ЦК КПРС неодноразово відзначалася необхідність збільшення випуску кормових дріжджів на цій сировині. У 1968 р в Уфі був пущений дослідно-промисловий завод потужністю 12 тис. Т на рік. У 1970 р було зроблено висновок про високу кормової цінності препаратів та нешкідливості його застосування в тваринництві та в СРСР почалося будівництво заводів – гігантів потужністю 70-300 тис. Т з випуску білкових дріжджів на н. парафінах, що одержали назву паприн. Колектив учених, які керували цими дослідженнями в 1971 р був удостоєний Державної премії СРСР. До 1982 р в СРСР виробництво паприн перевищило 1 млн. Т.
У 1989 р на Всесоюзному симпозіумі, в роботі якого взяли участь фахівці СРСР, НДР, КНР, НРБ, ФРН, ЧССР, ВНР були підтверджені отримані в нашій країні дані про нешкідливість і високою кормовою і біологічної цінності використання паприн у тваринництві. Радянський Союз став єдиною країною в світі, де кормові дріжджі у великих масштабах отримували на вуглеводнях нафти. У нашій країні на цей продукт з 1969 по 1990 р було введено чотири стандарти, в яких поступово посилювалися вимоги до продукту. У 1984 р МОЗ СРСР і Міністерство сільського господарства видали дозвіл на застосування паприн для всіх видів сільськогосподарських тварин і риб.
Однак і в нашій країні періодично з’являлися дані про негативні наслідки проекту.
Проблема загострювалася тим, що, як це часто буває в нашій країні, був обраний найбільш дешевий варіант – негерметизовані обладнання. Технологічний рівень виробництв, особливо систем контролю та управління, був невисокий. Недостатньо ефективним виявилося також очисне обладнання, у багатьох фахівців викликала сумнів безпеку використовуваних культур мікроорганізмів (ці дріжджі – умовні патогени). Все це в поєднанні з великими масштабами і низькою культурою виробництва (властивої більшості вітчизняних цивільних технологій розглянутого періоду) призвело до того, що навколо підприємств, що виробляють паприн, повітря та водойми заражалися білкової пилом і клітинами продуцента, порушувалося природну рівновагу, створювалася середу, мало придатна для життя людини, почастішала захворюваність [[26]]. Негативно позначалися і загальні для всієї радянської промисловості аврали в кінці року або кварталу, падіння трудової моралі в країні, і як наслідок, – безвідповідальне ставлення до своїх обов’язків багатьох працівників різних рівнів. Важливий фактор – низький рівень екологічної грамотності і недооцінка небезпеки екологічного забруднення керівництвом і більшістю населення. Очищення готового продукту також була недосконалою, що робило небезпечною для людини отриману з його застосуванням продукцію тваринництва.
У 1987 р була проведена реконструкція існуючих в Росії заводів, що передбачає більш повне очищення викидів, рециркуляцію відпрацьованих потоків. Але тим не менше в 90-х роках дорогі заводи – гіганти, що виробляють білкову біомасу дріжджів роду Саndida на парафінах, зупинилися, в основному з економічних причин, більш скромні за розмірами гідролізні заводи випускають кормовий білок на відходах виробництва [[27]], так безславно закінчився один з найбільших проектів за традиційною біотехнології в нашій країні.
На закінчення хочеться відзначити, що, незважаючи на невдалий досвід, виробництво білка одноклітинних в індустріальних умовах – перспективний напрямок у вирішенні проблеми дефіциту харчових речовин, яка очевидно не втратить своєї актуальності ні в Росії, ні в світі і в XXI ст. Багато біотехнологи у світі вважають, що побоювання були значно перебільшені: білок одноклітинних, отриманий на парафінах нафти, не більше небезпечний, ніж багато традиційні продукти, і став жертвою упередження проти незвичного продукту, зростаючої недовіри до науки і лобіювання інтересів сільськогосподарських виробників та рибальства. Були опубліковані сотні робіт, які доводять безпеку цього білка, однак противники не вірили в їх результати, вважаючи їх інспірованими зацікавленими виробниками.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)