ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОБНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ

В настоящее время полисахариды микроорганизмов достаточно широко используются в практике (табл. 20.2). Они находят применение в самых различных сферах человеческой деятельности: в медицине, фармацевтической, пищевой, химической и текстильной промышленности, в гидрометаллургии, при добыче нефти и в ряде других областей народного хозяйства. При этом внимание исследователей и практиков привлекают и внутриклеточные и внеклеточные гликаны, однако в технико-экономическом плане предпочтительнее последние - масштаб их производства и применения значительно шире.

Возможность и перспективность использования полисахаридов в медицине в значительной мере определяется их биологической активностью.

Многие микробные полисахариды обладают лечебным и профилактическим действием: повышают устойчивость организма к бактериальным и вирусным инфекциям, обладают противоопухолевой активностью, способствуют заживлению ран и регенерации тканей, благоприятно влияют на течение и исход воспалительных процессов, устраняют болевой синдром, снижают побочное действие лекарственных препаратов и рентгенотерапии. Лечебное и защитное действие полисахаридов определяется прежде всего их способностью повышать неспецифическую иммунобиологическую реактивность организма, влиять на различные защитные реакции, поддерживающие постоянство его внутренней среды. Преимущества многих полисахаридных препаратов перед другими средствами, повышающими неспецифическую резистентность организма, определяются тем, что они свободны от примесей, оказывающих нежелательное действие на организм. Некоторые микробные полисахариды уже нашли применение в лечебной практике различных клиник мира.

В нашей стране для лечения последствий травм и нарушений проводимости нервной системы, для предупреждения образования грубых послеожоговых или посттравматических рубцов успешно применяли пирогеналь - препарат, выделяемый из клеток Salmonella typhi и Pseudomanas aeruginosa. В ФРГ и США с этой же целью использовали липополисахариды, изолированные из различных патогенных бактерий. Бактериальные ЛПС обладают также и противолучевой активностью.

В клиниках Советского Союза уже более 20 лет применяют продигиозан - гетерополисахаридный комплекс с липидами, выделенный из клеток Serratia marcescens, и зимозан - препарат из оболочек клеток Sacch. cerevisiae, состоящий из глюкана, глюкоманнана и минорных количеств тейхоевых кислот. Эти препараты нормализуют ряд сдвигов в иммунобиологических реакциях, оказывают положительное действие при лечении опухолей, ряда инфекционных и неинфекционных заболеваний. Перспективны в качестве противоопухолевых агентов ЛПС ряда грамотрицательных бактерий, внутриклеточный глюкан парамилон (астазиан) бесцветных фитофлагеллят Astasia longa, внеклеточные полисахариды различных дрожжей родов Lipomyces, Cryptococcus, Bullera и др., бактерий родов Alcaligenes и Agrobacterium. Перечисленные соединения рекомендованы для клинических испытаний. Противовирусную активность проявляет продигиозан. Модифицированный (сульфатированный) полярный маннан - внеклеточный полисахарид Rhodotorula rubra - перспективен как средство профилактики и лечения атеросклероза.

Полисахариды, обладающие антигенной специфичностью, начинают использоваться в медицинской практике в качестве диагностических средств. К ним относятся, например, полисахаридные препараты патогенных и условно патогенных видов дрожжей рода Candida, облегчающие диагностику заболеваний кандидозной природы. Показана возможность использования модифицированных ЛПС-антигенов сальмонелл в диагностике сальмонеллезов.

Очищенные специфические полисахариды менингококков групп А и С (полимеры N-ацетил, О-ацетилманнозаминфосфата и N-ацетил, О-ацетилнейраминовой кислоты соответственно) используются для получения менингококковых вакцин. Микробные полисахариды могут быть основой для создания искусственных вакцин. Достигается это изменением их конфигурации или конъюгацией с синтетическими полиэлектролитами. Нейтральные декстраны с молекулярным весом около 75 000, продуцируемые L. mesenteroides, широко применяются у нас в стране и за рубежом в качестве заменителей плазмы крови. Перспективны как плазмозаменители пуллулан, а также леваны, синтезируемые G. oxydans и Вас. polymyxa. Декстраны определенного строения, как и многие другие полисахариды, способны стимулировать защитные реакции организма. В клиниках они применяются в комплексе с другими препаратами для лечения различных заболеваний брюшной полости. Сульфаты декстрана обладают антикоагулирующим действием, заменяют гепарин и могут применяться как антитромбогенное средство. В качестве антикоагулянта перспективен также хитин.

Широкое применение микробных полисахаридов в фармацевтической, парфюмерной, пищевой и других отраслях промышленности определяется их свойствами: вязкостью, реологическими характеристиками, способностью к набуханию, взаимодействием с определенными структурами. В фармацевтике они используются в качестве основы для изготовления лекарственных форм: как мягчители, эмульгаторы и стабилизаторы суспензий, как склеивающие агенты и разрыхлители в мазях, пилюлях, таблетках. Они обеспечивают длительную устойчивость лекарственных препаратов, стабилизируют и пролонгируют их действие. На базе некоторых микробных полисахаридов (аубазидан, декстран) созданы стабильные в течение нескольких лет лекарственные препараты: бутадиона, серы, сульфаниламидов, суспензии сульфата бария для рентгеноскопии и др. Макромолекулярные конъюгаты модифицированных декстранов с ферментами (стрептокиназой, трипсином, фибринолизином) пролонгируют активность ферментов и снижают их аллергизирующее действие. Микробные полисахариды применяются как гельобразующие агенты при изготовлении косметических изделий, для создания гидрофильного буфера в кремах, в качестве набухающих веществ при производстве кремов, шампуней, лосьонов. Некоторые гликаны можно использовать вместо применяемой в настоящее время натрий-карбоксицеллюлозы в качестве связующего и биологически активного компонента в зубных пастах.

В пищевой промышленности полисахариды микроорганизмов используются в виде пленок - покрытий продуктов, например сыров, для защиты их от высыхания и плесневения, в качестве стабилизаторов мороженого, фруктовых соков, приправ к салатам, загустителей сиропов, джемов, подливок, желе и других кулинарных изделий. Особенно перспективным в этом плане считается ксантан. Слизеобразующие штаммы Streptococcus lactis применяют в Швейцарии при производстве густых кефиров, сметан и некоторых мягких сыров. Экзополисахариды дрожжей родов Saccharomyces и Ctreptococcus, бактерий родов Azotobacter и Arthrobacter могут использоваться для улучшения качества хлеба. Добавление их к муке при выпечке хлеба повышает газоудерживающую способность теста, улучшает его, реологические свойства. Хлеб, выпеченный из такого теста, отличается высоким удельным объемом, хорошей пористостью, медленнее черствеет.

Как гельобразующие агенты экзогликаны применяются при производстве ядерного топлива, фотографических и рентгеновских пленок, как заменители альгиновой кислоты водорослей в пищевой, текстильной, фармацевтической и бумажной промышленности (полиурониды Azotobacter, P. aeruginosa и ряда других микроорганизмов), они могут заменять агар (гетерополисахариды Вас. subtilis и Ps. elodea, состоящие соответственно из глюкозы, галактозы, фукозы, глюкуроновой кислоты и глюкозы, рамнозы, глюкуроновой кислоты и О-ацетильных групп).

Анионные полисахариды (ксантан, занфло - внеклеточный гетерогликан Erwinia tahitica, состоящий из глюкозы, галактозы, фукозы, уроновой кислоты и ацетильных групп, и др.) стабилизируют и предохраняют от высыхания катионные водные эмалевые краски. Некоторые гликаны, например гетерополисахарид Corynebacterium equi var. mucilagenosus, обладают высокой вязкостью и могут заменять дорогие клеящие средства. Сульфаты ксантана используются как загустители клеев. С другой стороны, способность ряда полисахаридов к образованию поверхностных пленок позволяет использовать их в качестве антисклеивающих веществ, например при освобождении слепков из отливочных форм. Декстран рекомендуется применять и в качестве смазочного средства.

Полисахариды, водные растворы которых отличаются особой стабильностью при резких изменениях температуры и в условиях агрессивной среды, используются в нефтяной и газодобывающей промышленности как стабилизаторы и структурообразователи промывных жидкостей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин, и обеспечивают более полное извлечение нефти из нефтеносных пластов. Уже около 15 лет назад более половины нефти в США добывали с помощью полисахаридов, главным образом ксантана. Промышленные испытания проходит склероглюкан - капсульный линейный нейтральный глюкан, образуемый несовершенными грибами, преимущественно рода Sclerotium. В качестве стабилизатора буровых глинистых суспензий перспективен линейный внеклеточный гетерогликан облигатно-метилотрофных бактерий Methylobacillus methylophilus, состоящий из глюкозы, галактозы, маннозы, рамнозы и глюкуроновой кислоты. Применение полисахаридов в нефтедобывающей промышленности является очень перспективным в техническом отношении.

Полисахариды ряда микроорганизмов (пуллулан A. pullulans, гетерополисахарид бактерий рода Methylomonas и др.) являются флоккулирующими агентами и применяются в гидрометаллургии для получения металлических компонентов в виде гелей, включающих нерастворимые осадки. Процесс реализован при очистке, разделении и концентрации металлов из растворов их солей или смесей солей.

На основе декстранов получают сефадексы, широко применяемые в лабораторной практике для гельфильтрации. Полианионные гликаны, например ксантан, хитин, рекомендуется использовать для очистки воды от тяжелых металлов, а также при промышленном синтезе полимеров для извлечения их из органических растворителей. Хитин может найти применение и для очистки сточных вод.

В качестве носителя иммобилизованной α-амилазы используют аубазидан. Перспективны для иммобилизации ферментов курдлан и хитин.

Микробные леваны - источники получения чистого препарата фруктозы, хитин - D-глюкозамина и N-ацетил-D-глюкозамина - соединений, используемых в химическом синтезе, из маннанов дрожжей можно получать маннозу.

Полисахариды некоторых бактерий, например леван Вас. роlymyxa, оказались полезными в сельском хозяйстве При внесении в почву они повышают выживаемость семян культурных растений, способствуя сохранению в них влаги. Альгинатными пленками покрывают корни и семена растений для предохранения их от высыхания во время хранения и перевозок.

Возможности практического применения полисахаридов микроорганизмов полностью еще не раскрыты. Всестороннее изучение гликанов в этом плане открывает новые перспективы и, несомненно, приведет к расширению соответствующей области микробиологической промышленности.