§ 31.5. Перспективи виробництва ферментних препаратів

Останнім часом у світовій біотехнології ферментних препа­ратів на рівні генної інженерії відбулася справжня революція, що значно вплинула на розвиток ферментної промисловості. Генна інженерія уможливила розроблення та випуск значної кількості будь-яких ферментів незалежно від їх походження.

Відомо, що генетична інформація зберігається у хромосомах як дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК), що має двоспіраль- ну структуру. У цій молекулі генетична інформація зберігаєть­ся у вигляді лінійної послідовності. Наприклад, лінійний за­пис із 1 200 літер, що міститься в індивідуальному гені, може бути переведений в ланцюг у 400 амінокислот, що становлять відповідний фермент — генетичний код розшифрування. По­трібно тільки розібратися, як амінокислотний ланцюг мимо­вільно входить до надзвичайно складної структури активного ферменту.

Нині відкриті рестрикційні (обмежені) ферменти (рестрик- тази), на яких базується генна біотехнологія. Рестриктази роз­різують ДНК в кількох специфічних ділянках, що уможлив­лює виділення окремих генів, які в сумі становлять не більше 0,1% ДНК, що містяться у хромосомі.

Використовуючи ферменти-лігази (з’єднують фрагменти ДНК), одержані за допомогою рестриктаз, один відповідний ген можна вмонтувати в міні-хромосоми (плазмиди), а потім пере­нести в нову клітину, де нова комбінація ген-плазміду може прижитися як нова одержана одиниця. Так відбувається кло- нування (утворення ідентичних нащадків — клонів нестатевим розмноженням). У результаті клонування з’являються популяції клітин або організмів з однаковим набором генів (генотипів).

Клонування бактерій здійснюється у процесі простого поді­лу клітин, а рослин — у процесі вегетативного розмноження (бульби, кореневища, пагони тощо).

Клонування використовується під час вирішення багатьох теоретичних і практичних завдань біології сільського господарст­ва та медицини. Завдяки клонуванню вдається зберігати особ­ливості сортів культурних рослин, вирощувати рослини із куль­тивованих клітин.

У 1960 р. розроблено методи, що дають змогу клонувати ви­щих тварин. У 1997 р. в Англії зроблено перше дослідження із клонування вівці Доллі шляхом пересадки ядра соматичної клітини в без’ядерну яйцеклітину, а потім культивування емб­ріона з подальшою пересадкою в організм названої матері. У ре­зультаті проведення таких біологічних процесів у 1998 р. вівця Доллі народила повноцінне потомство.

Цей дослід показав можливість одержувати тварин з пов- ною характеристикою, що задовольняє вимоги людини.

Якщо раніше вважалося, що застосування методів клону- вання стосовно людини пов’язано з проблемами морального і релігійного порядку (ЮНЕСКО в 1997 р. заборонено клонуван- ня людини), то у 2000 р. англійський парламент дозволив про­водити ідентичні дослідження в межах своєї країни.

Актуальними у виробництві ферментних препаратів для спир­тової промисловості є такі проблеми:

• передбачення змін у генетичному коді ферменту для по­ліпшення його каталітичної здатності. Для цього потрібно вста­новити властивості ферменту — його специфічність і стабіль­ність, залежність від pH середовища і температури;

• як тільки фермент із необхідними властивостями знайшли, мікроорганізм, що його продукує, вводять у культуру й ідентифі­кують. Потім у нього викликають мутації (зміни) за допомогою хімічних або радіологічних засобів. Це роблять для збільшен­ня виходу основного продукту і досягнення швидкого росту культури, а також виключення утворення небажаних побічних продуктів. У подальшому визначають оптимальні умови для ферментації та перевіряють її на токсичність. Розроблений про­дукт наприкінці підлягає інспекції для одержання дозволу на використання в промисловості.

Поява генної інженерії та проведення компанією «Novo Nor- disk» фундаментальних і прикладних досліджень із групами мікроорганізмів Bacillus (бактерії), Aspergillus (гриби) і Saccha­romyces (дріжджі) дали змогу значно змінити характер вироб­ництва ферментних препаратів. Нові мікроорганізми швидко ростуть і продукують велику кількість ферментів, які мають високий ступінь чистоти і вільні від небажаних домішок.

Слід зазначити, що найближчим часом ферменти допомо­жуть людству захистити навколишнє середовище, зберегти при­родні ресурси, очистити стічні води підприємств харчової про­мисловості і тим самим подовжити тривалість життя людини.

Для раціонального і ефективного використання ферментних препаратів необхідно здійснювати їх іммобілізацію, тобто закріп­лювати на водонерозчинній основі або включати в напівпро­никну мембрану за рахунок хімічних зв’язків. Це уможливить багаторазове використання та високу активність ферментних препаратів і переведення технологічних процесів у харчовій про­мисловості на безперервні режими.