Иммобилизация клеток

Наряду с успешной иммобилизацией многих ферментов и применением этого метода в промышленности исследователи столкнулись с рядом трудностей, характерных для работы с фер­ментами, зависимыми от кофакторов, а также в тех случаях, когда трансформации осуществляются несколькими ферментами. Были предприняты попытки использовать активность «сложных» ферментов и ферментных комплексов путем иммобилизации кле­ток. Иммобилизация клеток позволяет эксплуатировать отдель­ные ферменты, а также их системы, что затруднительно при работе с иммобилизованными ферментами. Обмен иммобилизо­ванных клеток отличается от метаболизма интактных микроорга­низмов, что может быть использовано в целях регуляции транс­формации. Эффективность процессов, осуществляемых иммоби­лизованными клетками, в ряде случаев выше их эффективности, как у свободных микроорганизмов, так и у иммобилизованных ферментов. Для иммобилизации клеток используются почти все методы, применяемые для иммобилизации ферментов, но наибо­лее распространенным в настоящее время является включение в полиакриламидный (ПААГ) и каррагенановый гели.

Получение аминокислот и органических кислот с использо­ванием клеток, иммобилизованных в полиакриламидный и карра­генановый гели — один из примеров, демонстрирующих возмож­ности и перспективы метода. Клетки Е. coli, иммобилизованные в ПААГ, осуществляли превращение фумаровой кислоты в аспарагиновую. При этом активность иммо-билизованных клеток сохранялась при 37°С в присутствии ионов Mg⁺⁺ в течение 40 сут. при скорости прото­ка 0,5 мл/ч через колонку размером 10х100 см, причем выход аспартата достигал 95 %. Процесс был успешно применен в промыш­ленном масштабе. Ежесуточный выход кислоты при использова­нии промышленной колонки 1900 кг или 57,6 т/мес, время полу­жизни и активность клеток свыше 120 сут. Позже был разрабо­тан более экономичный способ иммобилизации клеток в карра­генан. Продуктивность иммобилизованных в каррагенан клеток в 15 раз превышала таковую для иммобилизованных в ПААГ, вре­мя полужизни их также увеличилось до 2 лет. Преимущества метода были так велики перед существовавшим ранее, что фирма “Танабе” в 1979 г. заменила им промышленное получение L-acnaрагиновой кислоты. Такой же процесс был осуществлен в Советском Союзе.

Получение L-яблочной кислоты из фумаровой с помощью иммобилизованных в каррагенан клеток Brevibacterium [iuvum— второй пример промышленного использования ферментативной активности микроорганизмов для биоконверсии органических соединений.

Пристального внимания заслуживает и метод иммобилизации смешанных культур. Так, осуществлена трансформация сорбозы в 2-кето-L-гулоновую кислоту смесью иммобилизованных в ПААГ клеток Gluconobacter melanogenusIFO 3293 и Pseudomonas syringaeNRRL B-865. Первая бактерия окисляла сорбозу в сорбозон, а вторая, обладая активной сорбозоноксидазой, обра­зовывала 2-кето-L-гулоновую кислоту.

Политрансформации

Трансформация сложных органических молекул часто предпо­лагает более чем одну ферментативную реакцию. В ряде случаев для получения практически ценных продуктов требуются весьма существенные перестройки молекулы субстрата, которые могут включать различные процессы, например окисление и гидролиз или окисление, восстановление и гидролиз и т. д. Эти задачи могут быть решены разными путями.