scan0048 2

34

W wielu hodowlach tlenowych szybkość dostarczania tlenu jest czynnikiem decydującym o szybkości wzrostu i wytwarzaniu produktu. Możliwe jest zatem uzyskanie korzystniejszych warunków prowadzenia hodowli w przypadku szczepów mogących rosnąć przy obniżonym stężeniu tlenu w roztworze.

Przemysłowe szczepy mikroorganizmów mogą wytwarzać, obok pożądanego produktu metabolizmu, również produkty niepożądane, szkodliwe lub utrudniające prowadzenie procesów technologicznych (np. ekstrakcji). Istotne jest zatem wyselekcjonowanie takich szczepów, które nie wytwarzają tych niepożądanych produktów.

3.3.5. Mikroorganizmy otrzymywane metodami inżynierii

genetycznej

Poza klasycznymi metodami mutacji mikroorganizmów coraz większe znaczenie zdobywa „konstruowanie” mikroorganizmów metodami manipulacji genetycznej (inżynierii genetycznej). Dzięki przenoszeniu genów kodujących wytwarzanie odpowiednich metabolitów, krzyżowaniu mikroorganizmów, można otrzymać mikroorganizmy o pożądanych cechach. Techniki te należą do bardzo dynamicznie rozwijającej się dziedziny biologii: inżynierii genetycznej. Metody inżynierii genetycznej pozwalają stworzyć mikroorganizmy niespotykane w przyrodzie. W USA w 1931 przyznano pierwszy patent na sztucznie stworzony mikroorganizm. Te nowe techniki otwierają ogromne możliwości przed biotechnologią, lecz jednocześnie mogą być źródłem poważnych zagrożeń.

Dzięki technikom inżynierii genetycznej uzyskano bakterie Escherickia coli zdolne do wytwarzania insuliny lub interferonu. Modyfikacje genetyczne umożliwiają znaczne zwiększenie produkcyjności, np. zmodyfikowane genetycznie szczepy E. coli wytwarzały do 30 g/dm³ treoniny wobec 2-3 g/dm³ uzyskiwanych dla szczepu niemodyfikowanego.

3.3.6. Inżynieria metabolizmu

Inżynieria metabolizmu to interdyscyplinarna dziedzina wykorzystująca zasady inżynierii reakcji chemicznych, technik obliczeń numerycznych, biochemii i biologii molekularnej dla zmiany szlaków metabolicznych. W istocie, inżynieria metabolizmu polega na zastosowaniu zasad inżynierii do projektowania i analizy szlaków metabolicznych dla osiągnięcia określonego celu. Tym celem może być zwiększenie produkcyjności metabolitów lub rozszerzenie zdolności komórek wykorzystywanych w syntezie substancji lub ich degradacji.

Wraz z bardzo szybkim rozwojem nowych technik biologii molekularnej i inżynierii genetycznej coraz łatwiejsze stawało się bezpośrednie wprowadzanie zmian do materiału genetycznego, istotnego zaś znaczenia nabierała ocena efektów prowadzonych zmian genetycznych. Inżynieria metabolizmu posługuje się racjonalną, tzn. wykorzystującą ilościowe, matematyczne metody opisu przemian wewnątrzkomórkowych, analizą efektów zmian genetycznych. Obejmuje ona trzy zasadnicze etapy:

-    syntezę, tzn. tworzenie zrekombinowanych komórek o zmienionych właściwościach,

_ analizę właściwości uzyskanych komórek,

-    projektowanie dalszych zmian genetycznych.

Efektem takiego postępowania jest uzyskanie komórek o pożądanych cechach.

Analiza efektów' zmian genetycznych wymaga wyznaczenia wartości strumieni metabolicznych wewnątrz komórek. Służą temu pomiary dokonywane przy użyciu substratów znaczonych izotopami (najczęściej jest to glukoza z podstawionym izotopem C-13). .Celem pomiarów jest wyznaczenie efektów oddziaływania poszczególnych enzymów na wielkości strumieni metabolicznych. Kinetyczna kontrola szlaku metabolicznego zwykle nie jest związana z pojedynczą reakcją, ale raczej jest rozłożona między wiele etapów reakcyjnych (przemian). Powoduje to konieczność przejścia od analizy pojedynczych reakcji do analizy sieci przemian biochemicznych. W efekcie, można wskazać jakie zmiany w aktywności różnych enzymów' mogą prowadzić do pożądanych zmian w metabolizmie.

Główne obszary zastosowań inżynierii metabolizmu to:

-    polepszenie wydajności i produkcyjności natywnych produktów biosyntezy,

-    rozszerzenie zakresu substratów asymilowanych przez drobnoustroje,

-    wytwarzanie produktów nowych dla komórki (białka, biopolimery),

-    poprawienie ogólnych cech komórki (np. dostosowanie do warunków hodowli, zmiana szlaków asymilacji azotu, zapobieganie nadprodukcji niepożądanych substancji),

-    wytwarzanie związków chiralnych, jako produktów pośrednich dla farmacji,

-    zastosowanie medyczne: analiza metabolizmu całych organów i tkanek, identyfikacja mechanizmów rozwoju chorób i ich kontroli, sprawdzanie efektywności terapii.

3.4. Przechowywanie szczepów przemysłowych

Zapewnienie czystości mikrobiologicznej i genetycznej szczepów produkcyjnych jest podstawowym warunkiem prowadzenia powtarzalnych procesów biotechnologicznych. Potrzebne są zatem takie sposoby przechowywania, które zapewnią zachowanie w możliwie najwyższym stopniu wszystkich cech biologiczno-tcchnologicznych mikroorganizmów.