Общеизвестно, что микроорганизмы синтезируют целый ряд ценных веществ. Сегодня, благодаря направленным генетическим манипуляциям, удается не только увеличить продуктивность биосинтеза, но и получать вещества, химическое производство которых ранее было невозможно. Пищевые добавки, аминокислоты, витамины, ароматизаторы, ферменты – вот далеко не полный перечень веществ, которые получают при помощи генетически модифицированных микроорганизмов. В ряде случаев, биотехнологические методы производства этих соединений уже заменили традиционный химический синтез.
Преимущества биотехнологического производства с использованием генетически модифицированных микроорганизмов очевидны: микроорганизмы быстро растут и, в большинстве случаев, легко культивируются. В отличие от традиционного химического синтеза, биосинтез протекает при нормальных условиях, а значит, для него не требуется создание таких дополнительных условий как повышенная температура, давление, или применение агрессивных химикатов. Очевидна экологическая привлекательность биосинтеза, основанного на использовании возобновляемых природных ресурсов, а также того факта, что неиспользованная продукция легко подвергается биодеградации и оказывает минимальное загрязняющее воздействие на сточные воды.
Генетически модифицированные микроорганизмы используются в настоящее время для производства фармацевтических препаратов, вакцин, продуктов тонкого органического синтеза, пищевых добавок и других сопутствующих соединений пищевой промышленности. Вот только некоторые примеры продуктов микробного синтеза:
Витамин B2 (краситель, рибофлавин E 101), витамин C (консервант, аскорбиновая кислота E 300);
Загуститель ксантан (E 415), регулятор кислотности лимонная кислота (E 330);
Консервант, натамицин (E 235), низин (E 234), лизоцим (E 1105);
Аминокислоты: глутамат – усилитель вкуса и запаха (E621), аспартам - подсластитель (E 951) или цистеин (E 921), используются для улучшения качества пищевых продуктов и кормов;
Ферменты, необходимые для производства сыров, хлеба, выпечки, алкогольных напитков, соков, сиропов, глюкозы, и других продуктов также во многих случаях получают при помощи генетически модифицированных микроорганизмов.
Генетическая инженерия позволяет существенно расширить возможности микробиологического производства, повысить микробную продуктивность и сделать биосинтез экономически более выгодным по сравнению с химическим производством. Клонирование в микробную клетку генов определенных метаболических путей позволяет не только существенно увеличить количество конечного целевого продукта, но и добиться синтеза таких несвойственных для микробного метаболизма веществ как, например, инсулин. Генная инженерия позволяет перевести т.н. «индуцибельные» гены (экспрессируются при наличии в среде определенного соединения), в «конститутивные» (экспрессируются постоянно на высоком уровне). В том случае, если необходимое вещество синтезируется микроорганизмом неприспособленным для роста в культуре, достаточно клонировать гены, отвечающие за синтез этого соединения в другой, хорошо адаптированный для роста в биореакторе штамм.
Примечательно, что даже питательную среду для роста бактерий и грибов в культуре часто производят с использованием генетически модифицированных организмов. Так, белки, крахмал, сахара, витамины и другие необходимые микроорганизмам вещества производят из генетически модифицированной сои или кукурузы.
Методы биотехнологического производства. Биосинтез осуществляется в специальных биореакторах (т.н. ферментерах), представляющих собой закрытые, стальные баки, устроенные таким образом, чтобы поддерживать оптимальные условия для культивирования микроорганизмов. Завершение процесса ферментации сопровождается многостадийным процессом выделения и очистки целевого продукта. Технология процесса выделения и очистки зависит как от самой природы организма-продуцента, так и от получаемого вещества. В том случае, когда речь идет о производстве витаминов, аминокислот, ферментов, антибиотиков, считается, что после завершающей стадии очистки в конечном продукте не обнаруживается никаких следов микроорганизмов, и никакая микробная ДНК не детектируется.
Безопасность. Международные стандарты качества производства (GMP) устанавливают требования к чистоте таких соединений как витамины и пищевые добавки. При этом не играет никакой роли, были получены эти соединения химически, биологически или при помощи генетически модифицированных организмов. Конечный продукт всегда должен быть химически чистым и не содержать никаких примесей. Деятельность предприятий, использующие генетически модифицированные организмы, должна регулироваться правительственным учреждениям. Так, на всей территории ЕС уже существуют законы, в которых установлены требования к оборудованию для биосинтеза, используемым микроорганизмам, а также критерии безопасности и качества конечных продуктов.
Маркировка. Так как витамины и другие пищевые добавки тщательно очищаются, и не содержат следов генетически модифицированных микроорганизмов, то они не требуют дополнительной маркировки. Следует также учесть, что аминокислоты и ферменты являются скорее вспомогательными веществами, нежели пищевыми продуктами, поэтому предъявляемые к ним требования биобезопасности менее строги.
