ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

22. МІКРООРГАНІЗМИ ЯК ОБ’ЄКТИ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Характеристика світового ринку біотехнологічної продукції. За визначенням Європейської біотехнологічної федерації (ЄБФ), біотехнологія є такою інтеграцією природничих та інженерних наук, за допомогою якої використання клітин, клітинних структур та окремих біомолекул дає можливість одержувати якісніші і дешевші продукти медичного та промислового призначення або проводити інші корисні маніпуляції. У своїй основі біотехнологія є синтезом таких наук, як мікробіологія, біохімія, молекулярна біологія, генетика, органічна, аналітична і неорганічна хімія, процеси і апарати та ін.

У 70-і роки XX ст., коли була показана можливість введення змін до генофонду організмів, що зробило біотехнологію однією з найбільш економічно вигідних галузей. ЄБФ поставила за мету:

поглибити співробітництво між біотехнологією та спорідненими галузями:

створити у всіх країнах урядові організації, що вивчають можливості біотехнології;

широко вивчати біотехнологію (середні та спеціальні школи, університети), систематично пропагувати перспективи і досягнення галузі.

Інтенсивно біотехнологія почала розвиватися з середини XX століття. Завдяки розвитку медичної промисловості виникли процеси промислового одержання амінокислот, вітамінів, ферментів та ін. Біотехнологічні процеси значно розширили сферу виробництва у харчовій промисловості. Ферментативний каталіз замінив собою деякі реакції в синтезі органічних сполук. Численні технології захисту довкілля, що ґрунтуються на використанні мікроорганізмів і рослин, являють собою класичні приклади еко- біотехнологій. Поза всяким сумнівом у XXI ст. біотехнологія с одним а домінуючих напрямів як у науці, так і в промисловості.

За оцінками більшості експертів світовий ринок бютехнологічноі продукції (станом на 2003 р.) може бути охарактеризований так:

препарати для харчової промисловості і сільського господарства з річним обсягом продажу близько 45 млрд доларів:

насінєвий матеріал генно-модифікованих рослин 30 млрд доларів:

фармацевтичні препарати — 26 млрд доларів; ферменти для виробництва мийних засобів — 21 млрд доларів; лікувально-косметичні засоби, одержані з рос пінної і тваринної сировини, — близько 40 млрд доларів, всього — понад 160 млрд доларів.

Передбачається, що до 2010 р. обсяг цього ринку перевищить 2 трлн. доларів. Упродовж 10 років прогнозується значне розширення сфер використання біотехнології у таких важливих галузях, як тонка хімія (біокоталізатори, продукти органічного синтезу), видобувна промисловість (бюгеотехнології, біоремедіація ґрунтів), виробництво напівпровідників (нові матеріали). інформаційні технології (мікроелектронні системи, засоби біоінформатики, біокомп'ютери). В окремих галузях впровадження біотехнатогічних методів приведе до якісних змін виробничої бази. Продукція, що одержується з використанням біотехнологічних процесів, становитиме у 2010 р. близько 30 % ринку хімікатів, який оцінюється у 1,5 трлн. доларів, а серед засобів агрохімії (16 млрд доларів) на частку біотехнології рослинництва припаде не менше 20 млрд доларів.

З високорозвинутих країн США одні з перших оцінили перспективу розвитку біотехнології. Так, у 1997 р. у США було зареєстровано близько 1000 великих і середніх біотехнологічних компаній. На виробництво бюфармацевтичних препаратів було витрачено 7 млрд. а прибуток становив 16 млрд доларів. У 2000 р. кількість біотехнологічних компаній збільшилась до 1300, а їх прибуток — до 19,6 млрд доларів.

Японія посідає друге місце після США за рівнем розвитку біотехнології. Якщо в традиційних галузях біотехнології (виробництво ферментів, антибіотиків, амінокислот) позиції Японії досить сильні, то у використанні методів новітньої біотехнології спостерігалось значне відставання від США. Для його подолання Японія зробила ставку на революційний розвиток біотехнології. На здійснення 10 річної програми розвитку біотехнології (1981- 1990 рр.) було асигновано 517,2 мли доларів, в на період з 1991 по 2000 р. — понад 2 млрд доларів. Для проведення біотехнологічних досліджень на період з 2000 по 2004 р. уряд Японії виділив (у перерахунку) близько 20 млрд євро. За оцінками експертів обсяг японського ринку біотехнологічної продукції в 2010 р. становитиме 230 млрд доларів. Республіка Корея проголосила 2002 рік "роком біотехнології": її урядом асигновано 259 мін доларів на підготовку молодих учених у цін галузі.

У 2002 р. обсяг російського ринку біопрепаратів становив 1,2-1.4 млрд доларів, з яких на частку російських біотехнологічних виробництв припадало 300-360 млн доларів (близько 30 %), решта — імпорт.

За прогнозами експертів до 2005 р. обсяг європейського ринку біотехнології досягне 100 млрд євро. Намагаючись ліквідувати відставання від США, країни Західної Європи постійно збільшують державну допомогу компаніям, що займаються розробкою біотехнології. Так, з 1994 по 1998 р. цим компаніям було виділено 10 млрд євро, з яких 75 % припадало на три країни: Німеччина — 3 млрд, Великобританія — 2,6 і Франція — 2 млрд. У 1999 р. державна підтримка біотехнологічної галузі у західноєвропейських країнах становила 2 млрд євро.

Порівняльні дані розвитку біотехнологічної галузі в США і Західній Європі наведено у табл. 22.1.

Таблиця 22.1.

Основні показники біотехнологічної галузі у 1999 р.

Показники

США

Західна

Європа

Кількісті фірм

1283

1351

Кількість виданих патентів

660

350

Ринкова вартість акціонерного капіталу

280 000

40 000

Кількість працівників

163000

53511

Оборот

15811

5368

Збитки

4335

1189

Витрати на науково-дослідні роботи

8416

3164

Дані по США в 1908 р. млн євро

Шляхи використання мікроорганізмів у біотехнології. Незважаючи на велику різноманітність агентів, що здійснюють біотехнологічні маніпуляції, основними об'єктами біотехнології в наш час є мікроорганізми.

Шляхи використання мікроорганізмів у біотехнології наведені в табл. 22.2. Мікроорганізми використовуються тля біосинтезу практично важливих метаболітів (амінокислот, органічних кислот, ферментів, екзополісахаридіа, пектинів, поверхнево активних речовин, вітамінів, стимуляторів росту, гормонів); одержання білкових продуктів, прибіотиків і добрив (пропарити на основі біомаси); одержання енергії (біогазу); вилуговування металів із руд: трансформації речовин (синтез стероїдів, ефедрину, виробництво напівсинтетичних пеніцилінів). У табл. 22.2 наводиться також характеристика мікроорганізмів — об'єктів біотехнології.

Таблиця 22.2.

Мікроорганізми як об'єкти біотехнології

Шляхи використання мікроорганізмів

Характеристика мікpoopганізмів

Тип

метаболізму

Тип

живлення

Представника

Біосинтез практично важливих метаболітів

Амінокислоти, органічні кислоти, антибіотики, ферменти, екзополісахариди, лектини, поверхнево-активні речовини, вітаміни, стимулятори росту, гормони

Окиснювальний (О2 - термінальний акцептор електронів)

Хемоорганогетеротрофія

Аеробні бактерії, граби, дріжджі

Органічні кислоти, спирти, кетони

Бродильний

Те саме

Анаеробні бактерiї, дріжджі

Препарати на основі біомаси

Пробіотики

Окиснювальний

Те саме

Бактерії роду Bacillus

Бродильний

Те саме

Молочнокислі

бактерії

Добрива

Окиснювальний

Те саме

Азотфіксувальні бактерії

Білкові продукти

Окиснювальний

Фотолітоавтотрофія

Ціанобактерії

Хемоорганогетерографія

Аеробні еубактерії

Те саме

Дріжджі

Отримання енергії

Біогаз (метан)

Анаеробне дихання (СО2- термінальний акцептор електронів)

Хемолітоавтотрофія

Анаеробні

метаногенні

бактерії

Біотехнологія металів

Вилуговування металів із руд

Окиснювальний (О2 - термінальний акцептор електронів)

Те саме

Аеробні бактерії, які окиснюють сірку та залізо

Трансформація речовин мікроорганізмами

Використання мікроогранізмів для синтезу стероїдів, ефедрину, виробництва напівсинтетичних пеніцилінів

Окиснювальний

Бродильннй

Хемоорганогетеротрофія

Те саме

Аеробні бактерії, гриби

Дріжджі

         

Як видно з наведених даних, у біотехнології використовується досить велика і різноманітна група мікроорганізмів: мікроміцети, дріжджі, бактерії — представники різних фізіологічних і таксономічних груп, які різняться як за типом метаболізму, так і за типом живлення.