Грибы в биотехнологии реферат

Обновлено: 17.06.2024

Микроорганизмов, синтезирующих продукты или осуществляющих реакции, полезные для человека, несколько сотен видов. Биотехнологические функции бактерий разнообразны. Бактерии используются при производстве: - пищевых продуктов, например, уксуса (Gluconobacter suboxidans), молочнокислых напитков (Lactobacillus, Leuconostoc) и др.; - микробных инсектицидов (Bacillus thuringiensis); - белка (Methylomonas); - витаминов (Clostridium - рибофлавин); - растворителей и органических кислот; - биогаза и фотоводорода.

Содержание

Бактерии и цианобактерии
Использование грибов в биотехнологии
Простейшие в биотехнологии
Водоросли
Растения в биотехнологии
Список литературы

Работа содержит 1 файл

Объекты биотехнологии.docx

Бактерии и цианобактерии
Использование грибов в биотехнологии
Простейшие в биотехнологии
Водоросли
Растения в биотехнологии
Список литературы

Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции.

Биотехнологические объекты находятся на разных ступенях организации:

а) субклеточные структуры (вирусы, плазмиды, ДНК митохондрий и хлоропластов, ядерная ДНК);

б) бактерии и цианобактерии;

е) культуры клеток растений и животных;

ж) растения – низшие (анабена-азолла) и высшие – рясковые.

Бактерии и цианобактерии

Полезные бактерии относятся к эубактериям. Уксуснокислые бактерии, представленные родами Gluconobacter и Acetobacter, - это грамотрицательные бактерии, превращающие этанол в уксусную кислоту, а уксусную кислоту в углекислый газ и воду. Род Bacillus относится к грамположительным бактериям, которые способны образовывать эндоспоры и имеют перитрихиальное жгутикование. B.subtilis - строгий аэроб, а B.thuringiensis может жить и в анаэробных условиях. Анаэробные, образующие споры бактерии представлены родом Clostridium. C.acetobutylicum сбраживает сахара в ацетон, этанол, изопропанол и n-бутанол (ацетобутаноловое брожение), другие виды могут также сбраживать крахмал, пектин и различные азотсодержащие соединения.

К молочнокислым бактериям относятся представители родов Lactobacillus, Leuconostoc и Streptococcus, которые не образуют спор, грамположительны и нечувствительны к кислороду. Гетероферментативные молочнокислые бактерии рода Leuconostoc превращают углеводы в молочную кислоту, этанол и углекислый газ. Гомоферментативные молочнокислые бактерии рода Streptococcus продуцируют только молочную кислоту, а брожение, осуществляемое представителями рода Lactobacillus, позволяет получить наряду с молочной кислотой ряд разнообразных продуктов.

К бактериям рода Corynebacterium, неподвижные грамположительные клетки которых не образуют эндоспор, относятся патогенные (C.diphtheriae, C.tuberculosis) и непатогенные почвенные виды, имеющие промышленное значение. С.glutamicum служит источником лизина и улучшающих вкус нуклеотидов. Коринебактерии хотя и считаются факультативными анаэробами, лучше растут аэробно. Бактерии используются для микробного выщелачивания руд и утилизации горнорудных отходов.

Широко используется такое свойство некоторых бактерий, как диазотрофность, то есть способность к фиксации атмосферного азота.

Выделяют 2 большие группы диазотрофов:

- симбионты: без корневых клубеньков (азотобактер - лишайники, азоспириллум - лишайники, анабена – лишайники, азолла), с корневым клубеньками (бобовые – ризобии, ольха, лох, облепиха – актиномицеты);

- свободноживущие: гетеротрофы ( азотобактер, клостридиум, метилобактер), автотрофы (хлоробиум, родоспириллум и амебобактер).

Микробные клетки используют для трансформации веществ.

Бактерии также широко используются в генноинженерных манипуляциях при создании геномных клонотек, введении генов в растительные клетки (агробактерии).

Производственные штаммы микроорганизмов должны соответствовать определенным требованиям: способность к росту на дешевых питательных средах, высокая скорость роста и образования целевого продукта, минимальное образование побочных продуктов, стабильность продуцента в отношении производственных свойств, безвредность продуцента и целевого продукта для человека и окружающей среды. В связи с этим все микроорганизмы, используемые в промышленности проходят длительные испытания на безвредность для людей, животных и окружающей среды. Важным свойством продуцента является устойчивость к инфекции, что важно для поддержания стерильности, и фагоустойчивость.

Все цианобактерии обладают способностью к азотфиксации, что делает их весьма перспективными продуцентами белка. Анабена (Anabaena) - нитчатая сине-зеленая водоросль. Нити из более или менее округлых клеток, содержат гетероцисты и иногда крупные споры, по всей длине нить одинаковой толщины. В цитоплазме клеток откладывается близкий к гликогену запасной продукт - анабенин. Такие представители цианобактерий, как носток, спирулина, триходесмиум съедобны и непосредственно употребляются в пищу. Носток образует на бесплодных землях корочки, которые разбухают при увлажнении. В Японии местное население использует в пищу пласты ностока, образующиеся на склонах вулкана и называет их ячменным хлебом Тенгу (Тенгу - добрый горный дух).

Использование грибов в биотехнологии

Биотехнологические функции грибов разнообразны. Их используют для получения таких продуктов, как:

антибиотики (пенициллы, цефалоспорины);
гиббереллины и цитокинины (фузариум и ботритис);
каротиноиды (н-р, астаксантин, придающий мякоти лососевых рыб красно-оранжевый оттенок вырабатывают Rhaffia rhodozima, которых добавляют в корм на рыбозаводах);
белок (Candida, Saccharomyces lipolitica);
сыры типа рокфор и камамбер (пенициллы);
соевый соус (Aspergillus oryzae).

К грибам относятся дрожжи и плесени.

Из 500 известных видов дрожжей первым люди научились использовать Saccharomyces cerevisiae, этот вид наиболее интенсивно культивируется. К дрожжам, сбраживающим лактозу, относится Kluyveromyces fragilis, который используют для получения спирта из сыворотки. Saccharomycopsis lipolytica деградирует углеводороды и употребляется для получения белковой массы. Все три вида принадлежат к классу аскомицетов. Другие полезные виды относятся к классу дейтеромицетов (несовершенных грибов), так как они размножаются не половым путем, а почкованием. Candida utilis растет в сульфитных сточных водах (отходы бумажной промышленности). Trichosporon cutaneum, окисляющий многочисленные органические соединения, включая некоторые токсичные (например, фенол), играет важную роль в системах аэробной переработки стоков. Phaffia rhodozyma синтезирует астаксантин - каротиноид, который придает мякоти форели и лосося, выращиваемых на фермах, характерный оранжевый или розоватый цвет. Промышленные дрожжи обычно не размножаются половым путем, не образуют спор и полиплоидны. Последним объясняется их сила и способность адаптироваться к изменениям среды культивирования (в норме ядро клетки S.cerevisiae содержит 17 или 34 хромосомы, т.е. клетки либо гаплоидны, либо диплоидны).

Плесени вызывают многочисленные превращения в твердых средах, которые происходят пред брожением. Их наличием объясняется гидролиз рисового крахмала при производстве сакэ и гидролиз соевых бобов, риса и солода при получении пищи, употребляемой в азиатских странах. Пищевые продукты на основе сброженных плесневыми грибами Rhizopus oligosporus соевых бобов или пшеницы содержат в 5 - 7 раз больше таких витаминов, как рибофлавин, никотиновая кислота) и отличаются повышенным в несколько раз содержанием белка. Плесени также продуцируют ферменты, используемые в промышленности (амилазы, пектиназы и т.д.), органические кислоты и антибиотики. Их применяют и в производстве сыров, например, камамбера и рокфора.

Искусственное выращивание грибов способно внести и иной, не менее важный вклад в дело обеспечения продовольствием возрастающего населения земного шара. Люди употребляют грибы в пищу с глубокой древности. Поэтому сделать грибы такой же управляемой сельскохозяйственной культурой, как зерновые злаки, овощи, фрукты, давно уже стало актуальной задачей. Наиболее легко поддаются искусственному выращиванию древоразрушающие грибы. Это связано с особенностями их биологии, которые стали нам известны и понятны только сейчас. Их способность легко расти и плодоносить использовали с древнейших времен.

Искусственное разведение древоразрушающих грибов получило довольно широкое распространение. Мицелий съедобных грибов можно выращивают на жидких средах, например на молочной сыворотке и др., в специальных ферментерах, в так называемой глубинной культуре. Это полностью механизированный и автоматизированный процесс. Так, в Институте микробиологии Академии наук БССР разработаны и апробированы в опытном производстве способы получения белковых грибных препаратов даедалина и пантегрина из мицелия древоразрушающих грибов дедалеопсиса бугристого и пилолистника тигрового, с высоким содержанием белка и биологически активных веществ. По содержанию белка 1 кг этих препаратов эквивалентен 2 кг мяса. По биологической ценности белок этих препаратов не уступает растительным и приближается к животным белкам. Перевариваемость белков данных препаратов составляет свыше 80 %. В основе этого способа получения пищевого белка лежат полученные микологами данные о том, что плодовые тела грибов и их грибница близки по своему химическому составу и пищевой ценности. Грибные белковые препараты даедалин и пантегрин рекомендованы в качестве пищевых добавок после соответствующего медицинского контроля. Исследования в этом направлении продолжаются.

Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции

Использование грибов в биотехнологии

антибиотики (пенициллы, цефалоспорины);
гиббереллины и цитокинины (фузариум и ботритис);
каротиноиды (н-р, астаксантин, придающий мякоти лососевых рыб красно-оранжевый оттенок вырабатывают Rhaffia rhodozima, которых добавляют в корм на рыбозаводах);
белок (Candida, Saccharomyces lipolitica);
сыры типа рокфор и камамбер (пенициллы);
соевый соус (Aspergillus oryzae).

К грибам относятся дрожжи и плесени.

Цель урока: усвоение учащимися знаний об использовании микроскопических грибов в пищевой, фармацевтической промышленности, сельском хозяйстве, при утилизации бытовых отходов, в качестве объекта биотехнологических исследований, направленных на оптимизацию существующих и создание новых производств.

Активизация познавательной деятельности

Восстановление в памяти изученного ранее материала.

– Какую тему мы изучаем? (Основы биотехнологии.)
– Что такое биотехнология? (Использование живых организмов и биологических процессов в производствах.)
– С какими объектами биотехнологии мы познакомились на предыдущих уроках? (С бактериями.)
– Как называется наука, изучающая грибы? (Микология.)

Изучение нового материала

Учитель формулирует основные задачи урока.

1. Дрожжи как наиболее изученный объект биотехнологических исследований

(выступление учащегося, сыгравшего в спектакле Дрожжевую клетку)

Дрожжи – сборная группа грибов, не имеющих типичного мицелия и существующих в виде отдельных почкующихся или делящихся клеток.
Известно около 500 видов дрожжей. Все дрожжи – гетеротрофы с окислительным (дыхание) или бродильным (брожение) типом обмена веществ. Дрожжи синтезируют белки, липиды, внеклеточные полисахариды, витамины группы В. Вызывают болезни: молочницу (криптококкоз, кандидоз) и другие микозы.
Использование человеком: пивоварение, виноделие, спиртовая промышленность, хлебопечение, микробиологическая промышленность (кормовой белок, ферменты), а также как объект исследований в биоэнергетике, радиобиологии, генетике.
Большинство из используемых человеком видов относятся к роду сахаромицеты (Saccharomyces) из класса аскомицетов (Ascomycota), которые активно сбраживают простые углеводы до этилового спирта. Спиртовое брожение впервые было подробно изучено Луи Пастером.

Схема окисления углеводов до этанола:

сахар ---> пируват ---> СO₂ + ацетальдегид ---> этанол.

Виноделие. На поверхности и внутри ягод живут разнообразные микроорганизмы, среди которых много дрожжей. Поэтому отжатый сок – сусло – начинает бродить без дополнительного добавления дрожжей. На этом основано кустарное виноделие.
Процессу брожения могут помешать прежде всего уксусно- и молочнокислые бактерии, нежелательные дрожжи, дрожжеподобные грибы. Чтобы исключить риск порчи виноматериала при промышленном производстве вина в виноградное сусло вводят заранее выращенные и активированные винные дрожжи. Применяемые расы дрожжей, чаще всего относящиеся к сахаромицетам, и ход процесса брожения определяют тип вина. Так, например, при изготовлении хереса используют специальные хересные дрожжи и бочки с вином не заполняют доверху (что недопустимо при изготовлении других вин).
Процессы, используемые в виноделии, подробно изучил Луи Пастер. Дрожжи сбраживают сахара, содержащиеся в виноградном соке (см. схему выше). Брожение продолжается до тех пор, пока дрожжи не израсходуют весь сахар. Дрожжи образуют спирт лишь в отсутствие кислорода или при его недостатке. Если кислорода много, дрожжи окисляют сахар полностью до углекислого газа и воды. Пока брожение протекает бурно, выделяющийся углекислый газ предохраняет поверхность сусла от взаимодействия с кислородом воздуха. Когда брожение прекращается, бочку с молодым вином надо запечатать. Если этого не сделать, уксуснокислые бактерии, используя кислород, превратят спирт в уксусную кислоту. Именно таким образом получают винный (или яблочный) уксус. На основании результатов своих исследований Пастер рекомендовал виноделам Франции соблюдать микробиологическую чистоту при приготовлении вина: тщательно мыть бочки и окуривать вино сернистым ангидридом.

Пивоварение. Пивоварение, как и винокурение, – традиционное производство во многих странах мира. Как правило, оно индустриализировано сильнее, чем виноделие, и дрожжевой компонент имеет здесь еще большее значение. Применяемые штаммы – специальные виды сахаромицетов. Сбраживающие ячменное сусло дрожжевые клетки за короткий срок доводят содержание в нем спирта до 3–5%. Чтобы замедлить слишком интенсивное размножение дрожжей и накопить продукты, придающие пиву его вкус (альдегиды, кетоны, многоатомные спирты), ферментацию проводят при низких температурах – 2–8 °С. В этих условиях дальнейшее окисление альдегидов и спиртов почти не происходит.
Многие пивоварни и сейчас оснащены открытыми бродильными чанами, и лишь крупные заводы имеют гepмeтичные емкости. Крупные дрожжевые клетки в готовом пиве отмирают и оседают, небольшая их доля остается во взвеси, и продолжающееся брожение пива в емкостях для хранения обуславливает насыщение его углекислым газом.

2. Пенициллы

3. Аспергиллы

4. Хищные и паразитические грибы в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур

Хищные грибы – наиболее специализированные представители царства грибов. К ним относятся, например, представители родов Stylopage и Arthrobotris из порядка гифомицетов. Одним из первых изучением хищных грибов занимался И.И. Мечников. В процессе эволюции у хищных грибов развился целый ряд приспособлений для захвата мелких животных, которых они используют в пищу. По механизму действия эти приспособления могут быть трех типов: в виде липких сетей гифов, маленьких головок или петель гифов. Хищные грибы способны поймать и использовать в пищу нематод, коловраток, простейших или мелких насекомых.
Хищные грибы обитают в почве, где их мицелий развивается на растительных остатках и других органических субстратах, но часть питания они получают из тканей своих жертв. Тело жертвы является для них, как и для хищных животных, только пищей, а не средой обитания, как для паразитов. Захват жертвы хищником (в данном случае грибом) представляет собой единичный акт, а не процесс совместного существования, как при паразитизме.
Артроботрис – первый описанный в литературе хищный гриб. Жертвы гриба – обычные сапрозойные нематоды или свободноживущие личинки нематод, патогенные для растений, животных и человека. Реже грибы ловят амеб или других мелких корненожек, а некоторые – мелких насекомых, причем могут удерживать животных, значительно превосходящих их по размерам.
Активное улавливание хищными грибами нематод, способность их существовать в почве, возможность выращивания в культуре в больших количествах давно привлекали внимание исследователей к этим грибам как к возможным средствам в биологической борьбе с нематодами. Однако обнадеживающие результаты, полученные при проведении испытаний в теплицах, при более широкой апробации не подтвердились. Причина мoжeт крыться в недостаточном знании экологии хищных грибов, что не позволило предвидеть их поведение в почве и регулировать его.
Род септобазидиум насчитывает более 180 видов. Эти грибы растут на живых растениях, пораженных щитовкой. Их плодовые тела – широкораспростертые, пленчатые, – встречаются на ветвях и листьях растений, а под ними всегда можно найти щитовок, на которых гриб паразитирует, хотя некторые насекомые остаются непораженными.
Первые описания септобазидиума относятся к концу XVIII в. Но лишь в 1907 г. Генел и Литшауер обнаружили, что эти грибы всегда связаны со щитовками. Дальнейшие исследования показали, что гриб и насекомое связаны между собой сложными мутуалистическими отношениями. Особенности биологии этого рода были подробно изучены американским микологом Коучем на септобазидиуме Бурта (Septobasidium burtii).
Под защищающей пленкой гриба, в его сложном лабиринте, живут щитовки. Некоторые из них остаются здоровыми на протяжении всей жизни, другие заражаются грибом. Здоровые и зараженные насекомые хорошо различаются: больные меньше, у них отсутствует восковой щит и они никогда не размножаются. В мае наблюдается наиболее обильное спороношение гриба. В это же время от перезимовавших самок рождаются личинки щитовок первого поколения. Одни личинки остаются жить под грибом, где они родились, другие передвигаются в соседнюю колонию, а третьи выбирают себе место на коре, где нет гриба.
Именно эти личинки и обеспечивают размножение гриба, т.к., перемещаясь по растению, они уносят на себе споры гриба, которые в дальнейшем прорастают в полость тела насекомого. Через некоторое время гифы гриба образуют над телом насекомого покрывало. Для дальнейшего роста гриба необходимо, чтобы под ним нашли убежище новые личинки, зараженные спорами. Гриб привлекает их запахом, на который ползут насекомые (положительный хемотаксис). Пораженные грибом насекомые живут дольше, чем не пораженные. Таким образом, распространение и рост септобазидиума зависят исключительно от щитовок, но совместная жизнь выгодна и насекомому. Здоровые щитовки никогда не заражаются гифами гриба и находят под ним защиту от неблагоприятных климатических условий, а также от своих врагов – птиц и перепончатокрылых насекомых-паразитов.
Попытки использовать септобазидиум и другие хищные грибы для борьбы с вредителями иногда увенчивались успехом. Значительные трудности в расширенном использовании этого способа обусловлены особенностями роста патогена. Лишь в некоторых случаях удается получить достаточное количество хищных грибов для заражения популяции вредителей, т.к. для размножения грибов, как правило, требуется вначале массово размножить насекомых-вредителей.

5. Рециклизация – утилизация мусора

В мире ежегодно образуется огромное количество бытового мусора и отходов сельского и лесного хозяйства. Древесина и солома, а также бумажные отходы, которые составляют почти половину мусора, состоят из трех главных компонентов:

Избавляться от отходов следует, с одной стороны, как можно меньше загрязняя окружающую среду, а с другой – извлекая из них как можно больше энергии и углерода органических соединений. В настоящее же время отходы чаще всего сжигают или захоранивают необработанными, не получая в последнем случае даже тепловой энергии.

Однако возможны альтернативные подходы на основе использования грибов в сочетании с другими микроорганизмами. Один из путей рециклизации – разведение на древесных отходах съедобных грибов и кормовых дрожжей, но в общей сложности так перерабатывается не более 2% органических отходов.

Для разложения целлюлозы и лигнина предпочтительнее использовать именно грибы, т.к. активности содержащихся в них ферментов – целлюлаз и лигниназ – выше, чем у ферментов бактерий, особенно в кислой среде, которая свойственна древесным отходам (бактерии предпочитают слабощелочную среду).

Грибы — эукариоты, имеющие чётко ограниченное ядро, отделённое от цитоплазмы ядерной мембраной. У них нет фотосинтетических пигментов, они гетеротрофы (то есть используют в качестве источника энергии и углерода органические соединения) и растут в аэробных условиях. В эволюционном плане и по ряду признаков грибы близки к растениям (наличие клеточной стенки, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению, видимое под микроскопом движение цитоплазмы).

Это сходство с растениями дополняют характер поглощения питательных веществ, способность к неограниченному росту, необходимость прикрепления к субстрату, неподвижность в вегетативном состоянии, а также способ размножения и распространение спорами. С другой стороны, гетеротрофный тип питания, потребность в витаминах, наличие гликогена в клетках, способность к синтезу хитина, образование и накопление мочевины и гликогена (а не крахмала) придаёт им определённое сходство с животными клетками. Клеточная стенка содержит полисахариды, преимущественно хитин (подобно членистоногим, но с низким содержанием азота), а также глюканы и маннаны. ЦПМ двухслойная, содержит значительные количества эргостерола и зимэстерола. В цитоплазме клеток имеются вакуоли, микротрубочки, эндоплазматическая сеть и митохондрии. Ядро окружено ядерной мембраной.

Рост грибов. Дрожжевой тип роста грибов. Мицелиальный рост.

Температурный диапазон роста грибов — 15-50 °С. Грибы чрезвычайно устойчивы к химическим и физическим воздействиям. ЛС убивают их в концентрациях, проявляющих токсический органотропный эффект.

Грибы относительно радиорезистентны, а также малочувствительны к умеренному УФ- и рентгеновскому излучению. Более того, облучение в низких дозах стимулирует их рост. Выделяют два типа роста грибов — дрожжевой и мицелиальный. Мицелиальный рост дают плесневые грибы.

Дрожжи и дрожжеподобные грибы представлены отдельными овальными клетками, морфологически сходными между собой, что делает невозможной их дифференцировку между собой с помощью микроскопии, дрожжи размножаются только почкованием, а дрожжеподобные грибы обычно размножаются почкованием, но иногда образуют псевдомицелий.

Плесневые грибы растут в виде переплетающихся трубок — гиф. Структурной вегетирующей единицей плесневого гриба является именно гифа. Образование мицелия— отличительный признак истинных грибов (Eumycota).

Гифы высших грибов содержат перегородки (септы), разделяющие их на отдельные клетки. Септы имеют отверстия, позволяющие цитоплазме и некоторым органеллам перетекать из одной клетки в другую. Гифы низших грибов перегородок не имеют, и такие гифы называют ценоцитными, или асептирован-ными. Таким образом, в целом плесневой гриб представляет собой ценоцит [от греч. koinos, общий, + kytos, клетка] — обширную территорию цитоплазмы с множеством ядер, располагающуюся в скоплении трубок-гиф. Врастающая в субстрат часть тела гриба, абсорбирующая питательные вещества, — вегетативный мицелий, а растущая на поверхности субстрата часть — воздушный мицелий

Биотехнологические функции грибов разнообразны. Их используют для получения таких продуктов, как:

антибиотики (пенициллы, цефалоспорины);

гиббереллины и цитокинины (фузариум и ботритис);

каротиноиды (н-р, астаксантин, придающий мякоти лососевых рыб красно-оранжевый оттенок вырабатывают Rhaffia rhodozima, которых добавляют в корм на рыбозаводах);

белок (Candida, Saccharomyces lipolitica);

сыры типа рокфор и камамбер (пенициллы);

соевый соус (Aspergillus oryzae).

Из 500 известных видов дрожжей первым люди научились использовать Saccharomyces cerevisiae, этот вид наиболее интенсивно культивируется. К дрожжам, сбраживающим лактозу, относится Kluyveromyces fragilis, который используют для получения спирта из сыворотки. Saccharomycopsis lipolytica деградирует углеводороды и употребляется для получения белковой массы. Все три вида принадлежат к классу аскомицетов. Другие полезные виды относятся к классу дейтеромицетов (несовершенных грибов), так как они размножаются не половым путем, а почкованием. Trichosporon cutaneum, окисляющий многочисленные органические соединения, включая некоторые токсичные (например, фенол), играет важную роль в системах аэробной переработки стоков. Промышленные дрожжи обычно не размножаются половым путем, не образуют спор и полиплоидны. Последним объясняется их сила и способность адаптироваться к изменениям среды культивирования.

Плесени вызывают многочисленные превращения в твердых средах, которые происходят перед брожением. Пищевые продукты на основе сброженных плесневыми грибами Rhizopus oligosporus соевых бобов или пшеницы содержат в 5 - 7 раз больше таких витаминов, как рибофлавин, никотиновая кислота) и отличаются повышенным в несколько раз содержанием белка. Плесени также продуцируют ферменты, используемые в промышленности (амилазы, пектиназы и т.д.), органические кислоты и антибиотики. Их применяют и в производстве сыров, например, камамбера и рокфора.

Обзор

Веселка обыкновенная (Phallus impudicus) в естественной среде

Автор

Редакторы

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.

История применения грибов

Серьезные исследования относительно биохимического состава грибов, а также возможности применения их в различных отраслях промышленности и медицины начались не так давно, несмотря на то что, народная медицина уже несколько тысячелетий использует грибы для лечения самых разнообразных заболеваний.

Рисунок 1. Lentinus edodes — шиитаке

Однако не только в странах Азии заболевания лечили грибами. На Руси знахари тоже с древних пор использовали грибы. Например, лиственничный трутовик использовали при лечении туберкулеза и других болезней легких; при обморожениях использовали экстракты белых грибов; настоями из лисичек лечили ангину и нарывы. Практически каждый гриб имел свое применение в народной медицине. Но одним из самых известных российских грибов считается веселка обыкновенная (Phallus impudicus), которую применяли при заболеваниях желудочно-кишечного тракта различной этиологии. Говорят, что знаменитый французский писатель Оноре де Бальзак вылечил язву желудка настойкой веселки, приготовленной для него в Санкт-Петербурге.

Применение грибов в сегодняшней медицине

В настоящее время выпускаются различные медицинские препараты, вобравшие в себя самые полезные свойства грибов. Проведенные исследования показали, что их можно использовать при лечении сердечнососудистых заболеваний, болезней печени, почек, поджелудочной железы, при туберкулезе. Кроме того, лекарственные препараты на основе высших грибов не являются токсическими по сравнению с препаратами, созданными на основе химического синтеза, или где продуцентами являются низшие грибы (как в случае антибиотиков).

Самыми распространенными биологически активными веществами грибов являются полисахариды, такие как гликаны, гетерогликаны и гликозамингликаны, общее количество которых может достигать 60% и более от сухой биомассы гриба [17]. Они представляют большой интерес для ученых в связи с высокой неспецифической активностью, действующей через иммунную систему [10].

Кроме полисахаридов иммуномодулирующей активностью обладают каротиноидные пигменты. Также они обладают антиоксидантной активностью, способны тормозить окисление липидов и ингибировать промоторную фазу канцерогенеза. В основе этих биологических функций лежат гидрофобная природа и наличие делокализованной π-электронной структуры с низким уровнем триплетного возбужденного состояния пигментов [15]. Исследователи уже давно заметили, что люди, которые употребляют в пищу много помидоров, содержащих каротиноид ликопин, реже болеют раком простаты. В связи с этим российскими учеными был разработан биотехнологический способ получения ликопина из мицелия гриба Blakeslea trispora. Данная технология уже внедрена в производство, и на ее основе получают мицелий с содержанием ликопина до 100 г/кг.

Известно также, что меланины из плодовых тел трутовых грибов, вызывающих бурую гниль, обладают уникальными физико-химическими характеристиками, которые обусловливают их фото- и радиопротекторные, антиоксидантные и сорбционные свойства. Данные меланины являются мощными природными антиоксидантами, способными нейтрализовать различные свободные радикалы, а также значительно снизить уровень одинарных разрывов и других повреждений ДНК. Именно поэтому специалистами Беларуси и Украины проводятся оптимизация условий получения природных меланинов из плодовых тел трутовых грибов, сравнительное изучение их физико-химических свойств и определение путей их использования в медицине.

Для корректной работы организма также важен ряд соединений липидной природы: незаменимые полиеновые жирные кислоты, фосфолипиды, жирорастворимые витамины, стероидные соединения. Поэтому проводятся исследования по возможности использования базидиальных грибов в качестве перспективных источников липидных компонентов. Так, исследования направлены на скрининг штаммов представителей родов Ganoderma, Trametes, Inonotus, Laetiporus и Lentinus, обладающих антиоксидантной активностью [16].

Современные исследования показали, что базидиальные грибы могут стать незаменимыми источниками для получения веществ с разнообразными биологическими свойствами: антибактериальными [5], [7], фунгицидными [7], противотуберкулезными, антиоксидантными [16], противовирусными [14], иммуномодулирующими [1], [14] и противоопухолевыми [1], [3], [5], [6], а также для лечения сахарного диабета и болезней желудочно-кишечного тракта [3].

На базе ГУ НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе РАМН ведутся исследования грибов коллекции лаборатории биосинтеза биологически активных веществ по изучению способов погруженного культивирования ксилотрофных лекарственных и лекарственно-съедобных видов базидиальных грибов и изучение биологической активности полученной биомассы [11].

Фармакологическое действие Lentinus edodes заключается в способности шиитаке выводить холестерин, за счет чего нормализуется кровяное давление; подавлять патогенную флору в организме; корректировать любые воспалительные процессы; бороться с низшими грибками, заживлять эрозии и язвы ЖКТ; восстанавливать формулу крови; при неврологических и аутоиммунных заболеваниях давать толчок к ремиссиям. Помимо этого, его можно использовать как иммуностимулятор при профилактике разнообразных вирусных и простудных заболеваний.

Гриб Laetiporus sulphureus известен не только из-за своих гастрономических показателей, как например в Германии и некоторых регионах Северной Америки, где блюда из него считаются деликатесами, но так же как продуцент целого ряда биологически активных липофильных соединений, таких как полисахариды, ненасыщенные жирные кислоты, каротиноиды, фосфолипиды.

Рисунок 2. Laetiporus sulphureus — серно-желтый трутовик

Плодовые тела L. sulphureus давно известны в народной медицине в качестве лекарственного средства, обладающего антисептическими свойствами, поэтому сейчас этот штамм изучают при поиске новых природных антибиотиков. Известно, что при поверхностном росте и глубинном культивировании все штаммы Laetiporus sulphureus проявляли антибиотическую активность в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, но не оказывали воздействия на грибы.

Спиртовые экстракты мицелия L. sulphureus, выращенного в глубинной культуре, обладают антиоксидантными свойствами. Известно, что культуральные фильтраты грибов способны инициировать перекисное окисление полиненасыщенных жирных кислот, в частности линолевой кислоты, которая преобладает в липидах мембран этих грибов. Как оказалось, основную роль в качестве прооксидантного агента играет лигнинолитический фермент — марганец-пероксидаза. Этот фермент катализирует окисление Mn 2+ с образованием Mn 3+ , который в хелатированном состоянии способен окислять фенольные соединения, входящие в состав лигнина [13].

Fomitopsis officinalis — лиственничная губка

Рисунок 3. Fomitopsis officinalis — лиственничная губка

Десятилетиями Россия являлась ведущим поставщиком плодовых тел уникального для медицины базидиомицета Fomitopsis officinalis в Европу и страны юго-восточной Азии. В Сибири, особенно на Алтае и в Хакасии, а также в республике Тыва заготовка плодовых тел началась в XX веке. Объем экспорта составлял 11–46 тонн ежегодно, что привело к ограниченности распространения рода в целом (он встречается лишь в труднодоступных лиственничных лесах) [12].

Плодовые тела гриба в Якутии раньше использовались вместо мыла, а в некоторых местах — на приготовление пива, заменяя хмель. Древним грекам и римлянам лиственничная губка была известна как слабительное и антигельминтное средство. Выделенная из плодовых тел гриба F. officinalis агарициновая кислота в немецкой и шведской фармакопее входит в состав средств, применяемых для предупреждения ночных потов у туберкулезных больных.

Изучение влияния углекислотных и спиртовых экстрактов плодовых тел гриба F. officinalis в отношении M. tuberculosis, выделенных от больных с различными формами туберкулеза, показали их высокую противотуберкулезную активность. Микобактерии туберкулеза, находящиеся в состоянии покоя, проявили чувствительность к водным экстрактам [12].

Японские исследователи, занимающиеся изучением противоопухолевой активности полисахаридов, выделенных из мицелия ряда базидиомицетовых грибов, выявили такую активность в мицелии лиственничной губки в отношении солидной опухоли саркома-180.

Также в настоящее время в США широко используются экстракты F. officinalis в составе косметических средств (например, пудры и румян): это позволяет снизить блеск кожи и улучшать ее внешний вид, скрыть морщины и пигментные пятна.

Грибы рода Trametes являются продуцентами ряда ценных биологически активных веществ, таких как гидролитические и окислительные ферменты, полисахариды, стеролы, вещества с антимикробной и противоопухолевой активностью, благодаря чему они нашли широкое применение в различных отраслях промышленности и медицины. В настоящее время на их основе разрабатываются экологически чистые безотходные технологии получения лекарственных препаратов, пищевых добавок, стимуляторов роста животных, а также современных способов утилизации отходов деревоперерабатывающей, текстильной и сельскохозяйственной промышленности.

Рисунок 4. Trametes versicolor — трутовик разноцветный

T. versicolor является продуцентом различных внеклеточных гидролитических и окислительных ферментов, основными из которых являются лакказа, лигнин- и марганец пероксидазы, которые находят широкое использование в различных прикладных целях: получение биопластика, биотопливных элементов, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленностях. Так в Европе и США широко налажено производство фермента лакказы из T. versicolor, который имеет широкое применение в деревоперерабатывающем, бумажном, текстильном производствах, а так же медицинских целях при создании тест-систем для обнаружения различных производных фенола в окружающей среде, пищевых продуктах и лекарственных средствах [9].

В традиционной китайской и японской народной медицине целительные свойства Trametes использовались в течение многих столетий. Так, сначала в странах Восточной Азии их применяли в виде настоек и чаев. Но объектами различных исследований они стали лишь начиная с 60-х годов прошлого века. Авторы японских патентов тех лет предлагали в качестве продуцентов следующие виды этого рода: Т. hirsuta, Т. pubescens, Т. versicolor и Т. zonatus [1], [10].

Препараты на основе T. versicolor рекомендованы спортсменам США и Португалии для укрепления иммунной системы, предназначены также для иммунокоррекции и лечения вирусных и онкологических заболеваний домашних животных [9], [17].

Учеными ГУ НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе проведены исследования по изучению противоопухолевой активности водных экстрактов мицелия и суммарных водорастворимых полисахаридных фракций гриба T. versicolor в опытах in vivo на мышах-гибридах BDF1 с привитым лимфолейкозом Р388 при пероральном введении. Полученные данные свидетельствуют об их достоверной противоопухолевой активности [11].

В целом, обзор литературных источников показывает богатый опыт использования плодовых тел базидиальных грибов как источников физиологически активных веществ. Поиск новых продуцентов продолжается и в настоящее время. Расширяются коллекции продуцентов, что дает возможность развития биотехнологии получения новых соединений на основе базидиомицетов, которые будут представлять большой научный и практический интерес.

Однако, несмотря на то что, свойства плодовых тел известны давно, определение условий культивирования мицелия и разработка способов его наращивания, определение биохимического состава, оценка различных видов активностей, таких как противоопухолевая и иммуномодулирующая, изучены мало. Эта область еще ждет своих исследователей, и наверняка откроет новые перспективы в фармакологии и биотехнологии.

Читайте также: