Microsoft Word 60 2012 Белясова doc

Получение с помощью микроорганизмов лекарственных пре-
паратов. 
Производство антибиотиков. Среди вторичных метаболитов, 
получаемых с помощью микроорганизмов, в биотехнологических 
производствах лидируют антибиотики. Ежегодно в мире производится 
100 000 т антибиотиков на сумму около 5 млрд. долларов, при этом 
более 100 млн. долларов приходится на долю антибиотиков, вноси-
мых в корм скоту в качестве добавок или ускорителей роста. 
Под первичными метаболитами понимают продукты обмена 
(углеводы, белки (в т. ч. ферменты), аминокислоты, нуклеиновые ки-
слоты и их составляющие, липиды, витамины, кофакторы), которые 

---

155 
образуются во всех живых организмах в процессе роста и развития и 
являются жизненно необходимыми для клеток веществами.
В противоположность первичным различают вторичные мета-
болиты – продукты вторичного обмена, вещества, не являющиеся 
обязательными для роста или функционирования клетки, но синтези-
рующиеся в определенной фазе роста клетки или организма (для мик-
робных культур – в стационарной фазе). Вторичные метаболиты 
обычно участвуют в защите клеток или организмов от тех или иных 
воздействий. К их числу относят антибиотики, фенолы, алкалоиды, 
терпеноиды, стероиды, токсины и др. Наибольшее число вторичных 
метаболитов образуется растениями, для микроорганизмов самыми 
распространенными вторичными метаболитами являются антибиотики. 
В настоящее время известно более 6000 антибиотиков (АБ), выде-
ленных из разных микроорганизмов. Они обладают разной специфич-
ностью действия (различные мишени в клетках разных микроорганиз-
мов) и разными механизмами действия. Непрерывно ведется поиск но-
вых АБ в связи с тем, что их широкое использование вызывает быстрое 
распространение АБ-устойчивых патогенных микроорганизмов. По 
разным оценкам, каждый год ученые обнаруживают от 100 до 200 но-
вых АБ, но применение находят только те из них, которые имеют 
большую терапевтическую ценность и экономический интерес. На их 
долю приходится 1–2% всех обнаруживаемых АБ. Большой эффект 
здесь может дать технология рекомбинантных ДНК. Во-первых, с ее 
помощью можно создавать новые АБ с уникальной структурой, оказы-
вающие более мощное воздействие на определенные микроорганизмы 
и обладающие минимальными побочными эффектами. Во-вторых, ген-
ноинженерные подходы могут использоваться для увеличения выхода 
АБ и, соответственно, снижения стоимости их производства. 
Рассмотрим некоторые достижения в данной области биотехноло-
гии. С помощью генной инженерии можно не только создавать новые 
АБ, но и увеличивать эффективность синтеза уже известных. Лимити-
рующим фактором в промышленном производстве АБ с помощью 
Streptomyces spp. (эти бактерии синтезируют подавляющее большин-
ство основных АБ) часто является количество доступного клеткам ки-
слорода. Вследствие плохой растворимости кислорода в воде и высо-
кой плотности культуры Streptomyces spp. его часто оказывается не-
достаточно, поэтому рост и метаболизм замедляются и выход АБ 
снижается. Для решения этой проблемы усовершенствуют реакторы, а 
также создают генноинженерные штаммы стрептомицетов, более эф-
фективно использующих молекулярный кислород. 

---

156 
Известно, что некоторые дышащие микроорганизмы для выжива-
ния в условиях недостатка О
2
прибегают к синтезу гемоглобин-подоб-
ного продукта, способного аккумулировать кислород и доставлять его 
в клетки. В частности, аэробные бактерии Vitreoscilla sp. синтезируют 
гомодимерный гемсодержащий белок, функционально подобный ге-
моглобину. Ген Vitreoscilla sp., кодирующий данный белок, клониро-
вали в плазмидном векторе для стрептомицетов и трансформировали 
бактерии Streptomyces coelicolor. Ген экспрессировался, и на долю хи-
мерного белка приходилось примерно 0,1% всех клеточных белков 
Streptomyces coelicolor. Трансформированные клетки, растущие при 
низком содержании растворенного кислорода (примерно 5% от насы-
щающей концентрации), синтезировали в 10 раз больше антибиотика 
актинородина на 1 г сухой клеточной массы и имели большую ско-
рость роста, чем нетрансформированные. 
Еще один пример демонстрирует возможности генетической ин-
женерии для создания новых, не существующих (или до сих пор неиз-
вестных) в природе путей биосинтеза АБ. Так, исходным материалом 
при химическом синтезе некоторых цефалоспоринов – антибиотиков с 
незначительным побочным эффектом, активных против множества 
бактерий, – является 7-аминоцефалоспорановая кислота (7АСА), кото-
рая в свою очередь синтезируется из АБ цефалоспорина С. К сожале-
нию, природные микроорганизмы, способные синтезировать 7АСА, до 
сих пор не выявлены. Зато сконструирован новый биосинтетический 
путь посредством включения специфических генов в плазмиду гриба 
Acremonium chrysogenum, который обычно синтезирует только цефа-
лоспорин С. Один из этих генов был представлен кДНК гриба Fusa-
rium solani, которая кодировала оксидазу D-аминокислот, а другой ген 
происходил из геномной ДНК Pseudomonas diminuta и кодировал
цефалоспоринацилазу. В плазмиде гены находились под контролем 
промотора Acremonium chrysogenum. На первом этапе нового био-
синтетического пути цефалоспорин С превращается в 7-
β-(5-кар-
бокси-5-оксопентанамид)-цефалоспорановую кислоту (кето-АD-
7АСА) при помощи оксидазы D-аминокислот. Часть этого продукта, 
вступая в реакцию с пероксидом водорода, одним из побочных про-
дуктов, превращается в 7-
β-(4-карбоксибутанамид)-цефалоспорино-
вую кислоту (GL-7ACA). И цефалоспорин С, и кето-АD-7АСА, и
GL-7ACA могут подвергаться гидролизу цефалоспоринацилазой с об-
разованием 7АСА, однако только 5% цефалоспорина С напрямую 
гидролизуется до 7АСА. Следовательно, для образования 7АСА с вы-
соким выходом необходимы оба фермента (рис. 4.4). 

---

157 
Рис. 4.4. Генетически сконструированный путь
биосинтеза 7АСА из цефалоспорина С 
С помощью технологии рекомбинантных ДНК можно получать 
новые антибиотики с уникальными свойствами, манипулируя гена-
ми, участвующими в биосинтезе уже известных АБ. В одном из та-
ких экспериментов в бактериях Streptomyces sp. объединили два не-
много различающихся пути биосинтеза антибиотика, введя в него 
плазмиду с клонированными на ней генами, определяющими альтер-
нативный путь синтеза подобных (родственных) АБ. В результате 
трансформированные бактерии синтезировали новый АБ – медерро-
дин А. Это явление объясняют тем, что один из промежуточных про-
дуктов одного биосинтетического пути становился субстратом для 
фермента другого пути.