Промышленным гигантам нужны ферменты
Биологи из лаборатории молекулярных биотехнологий ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» по программе Курчатовского геномного центра создали технологию получения из природных микроорганизмов ферментов для промышленности — от продуктовой и химической до фармацевтической. С помощью ферментов можно производить целый арсенал моющих средств, красителей, пищевых продуктов, лекарственных препаратов.
Как в Новосибирске конструируют микроорганизмы для промышленных гигантов
«Генные технологии сегодня широко применяются для создания штаммов микроорганизмов суперпродуцентов (производителей ферментов) и технологии получения ферментативных препаратов для нужд пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности, производства синтетических моющих средств и лекарственных препаратов,— говорит заведующий лабораторией молекулярных биотехнологий Института цитологии и генетики СО РАН, кандидат биологических наук Сергей Пельтек.— Целью проекта, который из лабораторного превратился в крупный и федеральный, стало создание штаммов и ферментов на основе генетических технологий. Ученые секвенировали более двух тысяч геномов природных штаммов и получили целую базу геномов биологически значимых микроорганизмов».
Биотехнологии в промышленности
За последние 20 лет применение ферментов в промышленности только росло. Ни одно производство — от производства глюкозных сиропов и пивоварения до очистки сточных вод — сегодня не обходится без ферментов. Применение ферментов в пищевой промышленности связано с их способностью регулировать процесс брожения при производстве спиртов, а также удерживать углекислый газ в поднявшемся тесте. Без ферментов невозможно производство кисломолочной продукции, сыров, обработка кожаных изделий. В медицине используются ферменты, заживляющие раны или, например, разжижающие кровь и рассасывающие тромбы, расщепляющие ферменты, аналогичные человеческим («Мезим», «Креон»), а также ферменты, замедляющие или блокирующие какие-то негативные реакции. Благодаря содержанию в организме человека определенных ферментов производятся различные анализы крови для установления диагноза. В производстве синтетических моющих средств используются ферменты, растворяющие самые стойкие загрязнители — пятна от шоколада, ягод, жира. В производстве животных кормов используется целлюлаза — фермент, расщепляющий целлюлозу (траву, сено, комбикорм), а в качестве природного отбеливателя при производстве бумаги используется ксиланаза.
Утилизировать 6,5 млн тонн лигнина с Байкальского ЦБК
Проект Института цитологии СО РАН сосредоточен на получении ферментов, которые являются природными катализаторами целого ряда химических процессов, в том числе нейтрализации вредного отхода при производстве бумаги — лигнина. Выбросы лигнина в водоемы высокотоксичны, поэтому для получения разрешения на строительство целлюлозно-бумажного комбината необходимо представить документацию на технологию, в которой выбросы лигнина будут минимальны.
Ликвидацией накопленного лигнина на Байкальском ЦБК занимаются уже десять лет, с 2013 года, и вопрос до сих пор не решен, поскольку ни превратить 6,5 млн тонн лигнина в монолит на цементной основе, ни закомпостировать все эти отходы не получается. Оптимальным решением проблемы было бы превратить лигнин при помощи ферментов и микроорганизмов в нетоксичные продукты распада. В Лаборатории молекулярных биотехнологий проводится исследование деградации отходов до низкомолекулярных соединений с помощью системы LECO Pegasus 4D, включающей полную двумерную газовую хроматографию с времяпролетным масс-спектрометрическим детектором.