Микробиологический синтез незаменимых аминокислот

Производство аминокислот занимает важное место в биотехнологической промышленности. Недостаток отдельных аминокислот, в особенности незаменимых в рационе человека или животного отрицательно сказывается на их росте и развитии. Небольшие добавки в рацион животных незаменимых аминокислот значительно повышают усвояемость кормов.

Мировая промышленность производит в больших объемах глутаминовую кислоту, метионин, лизин, глицин, триптофан и другие аминокислоты для получения кормовых препаратов, специальных продуктов питания и лекарств. Наиболее широкое распространение получил микробиологический синтез аминокислот (около 60% от производимого объема). В меньшей степени распространен химический синтез, а также получение аминокислот путем гидролиза белков. Недостаток химического синтеза заключается в том, что при этом образуется смесь L — и D форм аминокислот. Dформы не усваиваются организмом человека и животных, а у некоторых аминокислот обладают и токсическими свойствами. Исключением являются глицин и метионин. При микробиологическом синтезе образуются L-аминокислоты, обладающие биологической активностью. Продуцентами аминокислот являются специа-льно отобранные на основе классической селекции или созданные методами генной инженерии штаммы микроорганизмов, обладающие способностью к сверхсинтезу (до 150−200 г/л).

Промышленные технологии производства аминокислот основаны на выращивании суперпродуцентов в ферментерах на специальной среде с последующим отделением культуральной жидкости, концентрацией, очисткой и сушкой конечного продукта.

Наибольшее распространение получила технология микробиологического синтеза Lлизина для кормовых целей. В организме человека и животных лизин способствует секреции пищеварительных ферментов и транспорту кальция в клетки. Улучшает общий азотный баланс. Продуцентами лизина служат бактерии из родов Corynebacterium или Brevibacterium. Субстратом служит меласса и уксусная кислота (источники углерода), а также соли аммония, мочевина, кукурузной экстракт, гидролизаты дрожжей (источники азота) .

В состав среды добавляются не синтезируемые штаммом аминокислоты, а также макро-и микроэлементы и витамины. В результате получают следующие виды продукции: жидкий концентрат лизина, сухой кормовой концентрат, а также высокоочищенный концентрат для пищевой и медицинской промышленности.

Разработаны технологии производства кормовых и высокоочищенных препаратов триптофана. Продуцентом этой незаменимой аминокислоты является бактерия Bacillus subtilis. Используется в качестве кормовой добавки к рациону сельскохозяйственных животных, а также в медицине. Микробиологический синтез используется также для получения Lглутаминовой кислоты, которая находит применение в пищевой промышленности и медицине при лечении заболеваний, связанных с отравлением печени и почек. Продуцентами являются те же микроорганизмы, что и в производстве лизина.

В России разработана технология получения L-треонина — незаменимой аминокислоты, применяемой для сбалансирования аминокислотного состава кормов, а также для фармацевтической и химической промышленности. В качестве продуцента используют штамм Escherichia coli. Компонентами питательных сред являются сахар (или глюкоза), сульфат аммония, фосфат калия, сернокислый магний, гидролизат дрожжей, пенициллин.

В Беларуси микробиологическая промышленность имеет большой опыт по производству аминокислот. Производство лизина уже в конце 90-х годов достигало 180 тонн в год (Новополоцкий завод БВК), за последние годы достигнуты успехи в разработке технологий высокоочищенных аминокислот для медицинских целей. На Гродненском заводе медпрепаратов освоено производство L-лейцина, Lвалина и L-изолейцина. Заканчивается разработка технологии еще 3 высокоочищенных аминокислот: Lаргинина, Lтриптофана и Lтреонина. На их основе разрабатываются лекарства для укрепления иммунной системы, лечения онкогенных заболеваний.