Владимир Бетина - Путешествие в страну микробов

• Название: Путешествие в страну микробов
• Автор: Владимир Бетина
• Издательство: Мир
• Жанр: Биология
• Год: 1976

Первые шаги ученых в исследовании микроорганизмов, место микроорганизмов в биосфере, вирусы и механизм наследственности, использование микроорганизмов на благо человека — таков далеко не полный перечень проблем, которые освещает в своей книге словацкий ученый. Многочисленные фотографии, схемы и рисунки помогают лучше понять те сложные процессы природы, о которых лаконично и просто рассказывает автор.

Книга рассчитана на школьников старших классов, интересующихся миром микроорганизмов, на студентов, аспирантов и преподавателей.

---

Микробы — продуценты ферментов

Мы уже знаем, что ферменты — это биологические катализаторы, то есть вещества, способствующие осуществлению многих химических реакций, которые-происходят в живой клетке и необходимы для получения питательных веществ и построения ее составных частей. Микробы тоже образуют ферменты. Все продукты жизнедеятельности микробов, о которых здесь говорилось, могут возникать только при непосредственном участии ферментов. По данным энзимологии — науки, изучающей ферменты, — эти биокатализаторы можно различными методами выделять из клеток, причем они не теряют своей химической активности. Мы знаем также, что их действие строго специфично, то есть при одинаковых условиях определенный фермент будет вызывать всегда одну и ту же химическую реакцию.

Было высказано предположение, что определенного фермента у некоторых микробов выделяется больше, чем у других, соответствующие исследования подтвердили справедливость этого предположения. Ферменты, полученные из микробов, используются в практике уже давно — почти с тех пор, как стало известно об их природе и назначении. Восточные народы издавна употребляли ферменты микробов для различных целей, в частности для приготовления спиртных напитков.

Примеры использования ферментов из микроорганизмов в современном здравоохранении приведены в 21-й главе. Однако это далеко не все.

Японский ученый Такамине (конец XIX — начало XX века) был пионером в получении ферментов из микроскопических грибов и указывал на возможность их промышленного производства. Несколько позднее производством бактериальных ферментов занялись французские исследователи. Ферменты, полученные из растений и животных, уже тогда применяли в самых различных отраслях промышленности. Так, например, из растений добывали амилазу, образующуюся в прорастающем семени ячменя и способствующую разложению крахмала на простые углеводы. Ферменты микробного происхождения постепенно вытеснили растительные и животные ферменты, поскольку их получение оказалось более выгодным. В наше время многие ферменты бактерий, дрожжей и микроскопических грибов получают в промышленных масштабах. Они все чаще используются в пищевой и фармацевтической промышленности, в медицине, а также в производстве тканей, бумаги и при выделке кож.

Амилазы, разлагающие сложный полисахарид крахмал на более простые вещества — декстрины, мальтозу и глюкозу, можно использовать в процессах, где необходимо разложение крахмала. В частности, бактериальные амилазы применяются в текстильной промышленности для устранения крахмальной шлихты с тканей, в бумажной промышленности они идут на приготовление крахмальных растворов для окрашивания. В последнее время их используют и в пивоварении, в связи с чем отпадает процесс приготовления солода, поскольку крахмал из ячменных зерен превращается в сусло при помощи бактериальных амилаз. Амилазы из микроскопических грибов применяются для получения спирта при осахаривании крахмала, выделяемого из картофеля или зерна. Охотно используют их в хлебопекарном деле и на сахарных заводах, а также в производстве шоколада и ликеров.

Лактаза, выделяемая из дрожжей, разлагает углевод лактозу на глюкозу и галактозу. Она применяется в изготовлении консервированного молока — благодаря частичному разложению лактозы предотвращается образование нежелательных кристалликов.

Протеазы микробного происхождения вызывают разложение белков в различных материалах. На Востоке протеазы из плесневых грибов применяли уже несколько столетий назад для приготовления соевого соуса. Соевые бобы после обработки инфицируют спорами гриба Aspergillus flavus-oryzae. Разрастаясь, гриб выделяет протеазы, растворяющие белок бобов, что позволяет получать полужидкий соус.

При консервировании фруктовых соков применяется фермент пектиназа, выделяемый из микроорганизмов.

Протеазы с успехом используют при изготовлении моющих средств. Хотя новейшие стиральные порошки, так называемые детергенты, очень эффективно устраняют самые разнообразные виды загрязнений, они часто не действуют на вещества белковой природы, такие, как кровь, молоко, белок яйца и т. д. Молекулы белков очень прочно закрепляются на тканях и противостоят действию детергентов. В 1960 году в Дании стали применять протеолитический (растворяющий белки) фермент алкалазу, продуцируемый бактерией Bacillus subtilis. Спустя три года в Голландии выпустили стиральный порошок биотекс, содержащий алкалазу. С тех пор во многих странах в моющие средства стали добавлять протеолитические ферменты. Полностью очистить ткань от белковых веществ детергенту помогают ферменты, получаемые из микробов.

Это только несколько примеров применения ферментов микробного происхождения. Специалисты предсказывают еще более широкое использование их в различных отраслях хозяйства.

Микроорганизмы на службе химии

Мы уже знаем о многих областях применения микробов в химии. Знаем, что осуществляемые микробами реакции синтеза превосходят чисто химические реакции. Клетки микроорганизмов создают сложнейшие соединения, о получении которых химики зачастую и не мечтают. Изготовление некоторых из этих веществ химическим путем нередко является очень дорогостоящим и трудоемким предприятием.

Вспомним антибиотики, витамины, ферменты, стероиды, алкалоиды, а также микробные токсины (самые ядовитые из всех ядов) или нуклеиновые кислоты. Какими неисчерпаемыми возможностями синтеза обладают клетки микробов!

Некоторые уксуснокислые бактерии способны образовывать пленки из чистой целлюлозы. На сахарной свекле встречаются бактерии, особым способом преобразующие находящуюся в ней сахарозу. Из каждой ее молекулы они берут только глюкозную половину и из тысяч таких фрагментов синтезируют полисахарид декстран. На сахарных заводах очень не любят эти бактерии, так как они снижают выход сахаров из свеклы. Но химики с помощью микробиологов разгадали «производственные тайны» микробов, синтезирующих декстран, и заставили их вырабатывать это вещество в промышленных условиях, как это в свое время было сделано с продуцентами антибиотиков. Производство декстрана пока не очень распространено, но имеет большое значение, так как особым способом обработанный декстран может служить заменителем кровяной плазмы. Из декстрана получают также очень ценное соединение, используемое в биохимических исследованиях при очистке и анализах сложных веществ.

При помощи микробов получают красящее вещество индиго. Химики с удивлением и даже с чувством зависти наблюдают за синтетической активностью микробов, стараясь использовать ее для своих целей.

Но мы не раз встречались и с разлагающей химической деятельностью микробов. Тут имеется в виду не только изготовление спиртных напитков. Одна из первых научных работ Пастера посвящена наблюдениям над грибом Penicillium glaucum, способным участвовать в разделении оптически активных веществ. Пастер доказал существование в выделяемой грибом винной кислоте кристаллов, по-разному преломляющих поляризованный свет (правовращающих и левовращающих), что связано с различным расположением атомов в их молекулах. Пастер предсказал и значение микроскопических грибов в будущем: придет день, говорил он, когда их будут использовать в разнообразнейших промышленных процессах, так как они способны разлагать органические вещества.

Ван Тигем, ученик Пастера, был одним из первых, кто доказал справедливость этого предсказания. Он установил, что гриб Aspergillusniger усваивает галловую кислоту, необходимую для приготовления некоторых красящих веществ. Из нее же можно получить и дерматол, заменитель йодоформа.

В начале первой мировой войны химики попытались получить лимонную кислоту с помощью микробов. Когда-то ее получали только из лимонов, хотя встречается она и в соке других плодов. В 1922 году Италия производила 90 % мировой продукции этой кислоты. Но начиная с 1927 года экспорт лимонной кислоты из Италии стал резко сокращаться. Виной тому были микробиологи, которые совместно с химиками установили, что хорошим производителем лимонной кислоты может быть гриб A. niger. В 1923 году было пущено первое предприятие по производству лимонной кислоты при помощи гриба, в связи с чем цены на нее упали на 75 %. Современный завод по производству лимонной кислоты без преувеличения можно назвать самой крупной «плантацией цитрусовых». Чтобы дать столько кислоты, сколько получают сегодня из дешевой мелассы при помощи столь «покладистого» помощника, каким является гриб A. niger, потребовались бы тысячи гектаров плантаций лимонов.

Интенсивно выделяется многими микроскопическими грибами, особенно A. niger, и другое важное вещество — глюконовая кислота. Мы знаем, что кальций является важным структурным элементом нашего организма. Его недостаток отмечается обычно у детей и беременных женщин. В соединении с глюконовой кислотой кальций легко усваивается организмом, поэтому применяется как лечебный препарат.