24. На службе химии, и не только химии

24. На службе химии, и не только химии

Среди микробиологов не так уж много ученых, которые, проявляя интерес к тому, что делают полезные микробы, контролировали бы и направляли их деятельность на пользу человека.

С. Я. Ваксман

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.