Владимир Бетина - Путешествие в страну микробов

В последние годы немало надежд возлагали на другой живой инсектицид, известный в Чехословакии как турицид. Название этого организма — Bacillus thuringiensis — происходит от названия области (Земля Тюрингия, где 50 лет назад микробиолог Берлинер открыл эту бактерию). Родовое название Bacillus показывает, что мы и здесь имеем дело с микробом, образующим споры. Любопытным свойством этого микроба является то, что одновременно со спорами в его клетках возникают и кристаллические образования (так называемые параспоры), содержащие очень ядовитый токсин (фото 71). Такая клетка с параспорами, попав в пищеварительный тракт насекомого, вызывает его немедленную гибель. Этот токсин белковой природы, в нем обнаружили 17 аминокислот.

Препарат турицид получают, культивируя в промышленном масштабе В. thuringiensis. Микробы быстро размножаются в жидкой питательной среде, и на определенной стадии начинается спорообразование. При этом в клетках продуцируются кристаллы токсина. Питательная среда вместе с культурой микроба и его спорами соответствующим способом концентрируется до известного уровня, и препарат готов к употреблению. Он применяется в виде суспензии, которой опрыскивают полевые культуры, защищая их таким путем от насекомых-вредителей. Токсин действует на слизистую оболочку пищеварительного тракта личинки насекомого. Если вместе с кристалликами токсина личинка проглотит и споры В. thuringiensis, то последние начнут прорастать на поврежденной слизистой оболочке, продуцируя вегетативные клетки, которые быстро размножаются в теле жертвы, и личинка погибает.

В Чехословакии турицид вырабатывается в количествах, достаточных для его применения в промышленных масштабах. Много работают над внедрением этого препарата в практику и в других странах. На фото 72 представлены результаты применения турицида в овощеводстве.

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.