§ 9.2 Бактерии и вирусы в биотехнологиях
Содержание
Могут ли люди использовать бактерии и вирусы в различных производствах, создавая что-то полезное или необходимое?
Бактерии и вирусы широко используются в различных биотехнологиях. Бактерии применяют в производстве молочнокислых продуктов, витаминов, растворителей, органических кислот и др.
Бактерии, усваивающие атмосферный азот и фосфор. В биотехнологиях используют способность некоторых бактерий усваивать атмосферный азот (например клубеньковые бактерии, живущие на корнях растений семейства бобовых). Сейчас активно ведутся исследования по созданию новых растений, способных вступать в симбиоз (совместное взаимовыгодное сосуществование) с этими бактериями. Успех исследований помог бы повысить продуктивность растений без использования азотных удобрений.
Существуют свободноживущие бактерии, способные усваивать азот из воздуха. На основе этих бактерий созданы специальные бактериальные удобрения, содержащие культуры этих микроорганизмов.
Бактерии при очистке сточных вод. Бактерии активно используются в биотехнологической очистке сточных вод. Бактерии рода псевдомонады способны перерабатывать токсичные для человека органические соединения. Они утилизируют нафталин, толуол, алканы (углеводородные соединения в виде цепочек), камфару, перерабатывают инсектициды и гербициды, которые всё чаще попадают в сточные воды в результате обработки сельскохозяйственных культур. Выделены и культивированы бактерии, способные разлагать компоненты нефти в загрязнённых водах, и т. д.
Молочнокислые бактерии способны перерабатывать сахар в молочную кислоту. Этот процесс издавна применялся людьми для консервации продуктов питания, приготовления кормов (силоса), изготовления разнообразных молочных продуктов и вина.
Основой биотехнологии молочных продуктов является молоко. Молоко является уникальной естественной питательной средой для молочнокислых бактерий. Оно содержит белки (альбумин, казеин), жиры, углеводы (лактоза) и др.
Для получения молочнокислых продуктов стерилизованное молоко или сливки сквашивают путём внесения заквасок. Закваски готовят на основе микроорганизмов. В зависимости от типа закваски получают разные продукты. Например, для производства кефира и кумыса применяют закваски, обеспечивающие молочнокислое и спиртовое брожение.
При добавлении в молоко специальной бактерии получают йогурт. В производстве сыров на первом этапе используют молочнокислые бактерии, обеспечивая сворачивание казеина, затем используют другие микроорганизмы для получения сырной массы.
Молочнокислые бактерии применяются при изготовлении колбас сортов салями, сервелата и других изделий. Молочная кислота ускоряет процесс консервирования и придаёт продуктам ценные вкусовые качества.
Биотехнологическое консервирование овощей и фруктов происходит также под воздействием молочнокислых бактерий. Углеводы, содержащиеся в растениях, превращаются в молочную и уксусную кислоты, которые являются прекрасными консервантами. Так получают квашеную капусту и квашеные огурцы, мочёные яблоки, помидоры и др. В нарезанной и хорошо утрамбованной капусте с небольшим добавлением соли начинается спонтанный процесс брожения, в котором принимают участие молочнокислые бактерии.
Биотехнология силосования корма для животных является лучшим способом заготовки и сохранения зелёной массы для корма скота в зимнее время.
Для создания необходимых условий исходное сырьё (траву, ботву и стебли кукурузы) укладывают в специальные силосные ямы или силосные башни (рис. 9.2), тщательно утрамбовывают и накрывают чем-либо.
Создаются условия, в которых основная часть других бактерий погибает, а молочнокислые бактерии перерабатывают углеводы, находящиеся в травяной массе, до тех пор, пока концентрация молочной кислоты не составит 60 % и кислотность силоса не достигнет нужного уровня.
Кислотность характеризует активность ионов водорода в растворе. Кроме молочной, в силосе накапливается и уксусная кислота. Для завершения процесса требуется около одного месяца.
Вирусы в биотехнологиях. Из-за того что вирусы обладают способностью легко проникать внутрь клетки, их используют в различных биотехнологиях.
Проникая в клетку, вирусы могут внедрять в неё чужеродный генетический материал.
Такую биотехнологию применяют при лечении наследственных заболеваний. Вирусы-бактериофаги используют в лабораторной диагностике бактериальных инфекций.
На основе бактериофагов разрабатывают и производят медицинские препараты для лечения бактериальных заболеваний.
Проверьте себя:
1. В чём значение бактерий, усваивающих атмосферный азот?
2. Почему при очистке сточных вод важно использовать бактерии псевдомонады?
3. Какую роль выполняют кисломолочные бактерии при производстве кисломолочных продуктов?
4*. В каких биотехнологиях используют вирусы?
* Разберитесь, почему квашеная капуста приобретает кислый вкус, которого нет у свежей капусты.
