PrimaMedia, 31 октября. Микробиологический синтез биологически активных соединений представляет собой новый подход в фармацевтическом и промышленном производстве. Благодаря постоянным исследованиям и технологическим достижениям он может сыграть ключевую роль в формировании будущего многих отраслей. О реальных возможностях объектов микробиологических технологий рассказала преподаватель Передовой инженерной школы (ПИШ) ДВФУ Алина Новикова. Почему микробный синтез способен совершить революцию в медицине и как работают "живые фабрики" — в нашем материале.
Видеоурок "Объекты микробиологических технологий" (12+) на платформе ПИШ ДВФУ стал частью серии познавательных лекций, направленных на популяризацию науки и повышение осведомлённости молодёжи о современных технологических достижениях. Проект создан при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного указом Президента Российской Федерации.
Прежде всего, важно понять, что такое микробиологический синтез и почему он играет ключевую роль в современном мире. Проще говоря, это процесс, при котором учёные используют микроорганизмы — такие как бактерии, грибы и дрожжи — в качестве живых "фабрик" для производства ценных биологически активных соединений. На прошлом видеоуроке мы выяснили, что микробы обладают огромным генетическим и метаболическим потенциалом, что делает их настоящей сокровищницей потенциальных соединений, которые только и ждут, чтобы их открыли и начали использовать.
Как рассказала Алина Новикова, микробный синтез представляет собой более экологичную альтернативу традиционным методам химического синтеза. Микроорганизмы — возобновляемый ресурс, и их рост можно регулировать таким образом, чтобы свести к минимуму потребление ресурсов и образование отходов. К тому же он образует меньше вредных побочных продуктов, что снижает общее воздействие производственных процессов на окружающую среду. Кроме того, такой подход помогает отказаться от добычи ценных веществ из редких или исчезающих растений. Раньше для этого приходилось собирать редкие виды, что разрушало экосистемы. Теперь те же соединения можно получать с помощью микробов, и природа остаётся нетронутой.
"В отличие от традиционного химического синтеза, микробный синтез использует врождённые биологические процессы этих микроорганизмов для эффективного создания сложных молекул. Одним из заметных преимуществ микробного синтеза является его универсальность", — отметила Алина Новикова.
Это значит, что с помощью определенной технологии микроорганизмы можно "настроить": изменить их гены или условия роста, чтобы они производили нужные молекулы с улучшенными свойствами, например, с повышенной эффективностью или сниженным количеством побочных эффектов.
От экологии до борьбы с раком: о возможностях ГМ-бактерий рассказали в ПИШ ДВФУ Пока учёным удаётся культивировать лишь около 15% известных микроорганизмов
Потенциал и польза
Как нам уже ранее рассказали в Передовой инженерной школе ДВФУ, возможности объектов микробиологических технологий используются для создания инновационных решений в различных сферах, включая медицину, сельское хозяйство и экологию. Так, например, микробиологический синтез предлагает новые решения для производства фармацевтических препаратов, вакцин и средств диагностики. Одним из наиболее эффективных способов применения является использование генетически модифицированных бактерий для производства инсулина, что значительно улучшило лечение диабета во всём мире. Кроме того, модифицированные микроорганизмы используются для разработки инновационных методов лечения рака. Вакцины против инфекционных болезней тоже становятся лучше благодаря микробной синтетической биологии. Учёные изменяют гены микроорганизмов, чтобы создавать более безопасные и эффективные биологические препараты.
"Если говорить о будущем, то потенциал микробной синтетической биологии простирается до персонализированной медицины и разработки новых лекарств. Возможность создавать микроорганизмы с учетом индивидуальных генетических особенностей может привести к появлению персонализированных методов лечения, которые будут более эффективными и будут вызывать меньше побочных эффектов. Кроме того, изучение микробного разнообразия открывает новые возможности для поиска новых соединений и лекарств, которые могут кардинально изменить подход к лечению различных заболеваний", — подчеркнула преподаватель ПИШ ДВФУ.
По словам эксперта, одним из важнейших направлений в этой области является биоремедиация, при которой генетически модифицированные микроорганизмы используются для очистки от таких загрязнений, как разливы нефти и тяжёлые металлы. Благодаря точным генетическим модификациям они могут расщеплять опасные вещества до менее токсичных форм, что значительно снижает ущерб, наносимый окружающей среде. Ещё одним важным направлением является разработка биосенсоров, представляющих собой модифицированные микроорганизмы, предназначенные для обнаружения и мониторинга загрязняющих веществ в окружающей среде.
Помимо традиционной биоремедиации, инновационные проекты расширяют границы микробной синтетической биологии. Одним из таких направлений является создание микроорганизмов, способных разлагать пластик. Кроме того, ещё одним важным достижением стало создание микроорганизмов, способных улавливать углерод. Модифицируя микроорганизмы, учёные могут создавать биоудобрения, биопестициды и ризобактерии, способствующие росту растений, которые обеспечивают устойчивые и жизнеспособные методы ведения сельского хозяйства.
Научное турне в один клик: онлайн-музей биотехнологий открылся в России На сегодняшний день гостям предлагается "прогуляться" по четырем виртуальным залам, но это не предел
Реальные примеры
На самом деле, огромное разнообразие продуктов, которые можно получать с помощью микробиологического синтеза, делает эту отрасль незаменимой и открывает широкие возможности для разработки передовых технологий. Так, например, из микроорганизмов можно получить до 60 органических кислот, среди них даже уксусная, молочная и лимонная.
"Эти пищевые кислоты используются как регуляторы кислотности и консерванты. Лимонную кислоту получают с помощью Yarrowia lipolytica, Aspergillus niger, молочную — Endomycopsis fibuligera, Rhisopus oryzae", — объяснила Алина Новикова.
По словам преподавателя ПИШ ДВФУ, микроорганизмы содержат много витаминов, которые чаще всего входят в состав ферментов. Некоторые витамины микроорганизмы синтезируют, другие напротив усваивают в готовом виде из окружающей среды. Витамины синтезируют в основном химическим путем или получают из естественных источников.
При этом педагог обратила внимание на то, что незаменимые аминокислоты могут получаться микробиологическим путем более эффективно, чем путем химического синтеза. Другой продукт — антибиотики. Они синтезируются живой клеткой и способны в небольших концентрациях замедлить развитие или полностью уничтожить чувствительные к ним виды микроорганизмов.
Проблемы и трудности
Успешное промышленное применение биотехнологий не отменяет необходимости решать ключевые вызовы, с которыми сталкивается любое биопроизводство. Так, по словам Алины Новиковой, одной из основных проблем является необходимость оптимизации производственных процессов для достижения высокой производительности и чистоты. Микроорганизмы могут быть чувствительны к условиям окружающей среды, что затрудняет масштабирование и стабильное производство.
Другой проблемой является необходимость получения разрешения регулирующих органов. Безопасность и качество биоактивных соединений, получаемых с помощью микробного синтеза, должны соответствовать строгим нормативным требованиям, чтобы их можно было использовать в медицинских целях. Кроме того, необходимо тщательно учитывать этические аспекты, связанные с генетической модификацией микроорганизмов.
Несмотря на эти трудности, по мнению преподавателя инженерной школы ДВФУ, будущее микробного синтеза в фармацевтической и других отраслях выглядит многообещающим. Достижения в области биотехнологий, генной инженерии и процессов ферментации постоянно расширяют наши возможности по использованию потенциала микроорганизмов. По мере того, как мы лучше изучаем генетику и метаболизм микроорганизмов, мы можем разрабатывать более эффективные и надёжные производственные системы. Микробный синтез позволяет использовать невероятное разнообразие микроорганизмов для создания ценных соединений, предлагая при этом устойчивые и экологически безопасные альтернативы традиционным методам синтеза.
Реклама. Рекламодатель: ФГАОУ ВО ДВФУ.
