Земляная груша придет на земену зерну

Если в европейских странах биоэкономика уже стала высокотехнологичным сектором экономики с оборотом продукции и услуг в триллионы евро, то Россия – на пути к её созданию. В нашей стране реализуется комплексная программа развития биотехнологий. В качестве института частно-государственного партнёрства действует технологическая платформа "БиоТех2030". Научные изыскания в сфере биотехнологий получают господдержку, в том числе в рамках Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы".

Один из проектов этой программы – "Биотехнологическая конверсия растительного сырья в карбоновые, молочную и фумаровую, кислоты для их использования в синтезе биополимеров" – выполняется Федеральным исследовательским центром "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук (ФИЦ "Биотехнологии РАН").

"Наши исследования вписываются в концепцию биофабрики как части биоэкономики. Биофабрика предполагает замену части ресурсов, основанных на использовании невозобновляемого сырья, допустим, нефти, на возобновляемое сырьё. Основная его привлекательная компонента – полисахариды. В зерне – это крахмал, в дереве – целлюлоза.

Идея в том, чтобы превратить полисахариды в моносахариды, а их – с помощью различных микроорганизмов – в другие полезные продукты.

К примеру, в биотопливо или в органические кислоты – фумаровую, молочную, янтарную, которые могут служить "строительными кирпичиками" для получения разных биополимеров", – комментирует руководитель проекта, заведующий лабораторией ФИЦ "Биотехнологии РАН", доктор химических наук Аркадий Синицын.

Новизна подхода, по мнению учёного, в следующем: "Мы предложили, во-первых, использовать топинамбур как новый источник полисахарида – инулина, обладающий более высокой продуктивностью, чем у зерновых; во-вторых, новый продуцент фермента промышленного значения, который превращает полисахарид инулин в моносахарид – фруктозу. Фермент же называется экзонулиназа. В-третьих, мы используем мобилизованные клетки микроорганизмов, превращающие фруктозу в фумаровую и молочную кислоту".

Сначала участники проекта разрабатывали подходы к подготовке клубней топинамбура к ферментативной обработке, а также к предварительной обработке стеблей топинамбура для получения сахаров. Затем создавали микроорганизмы-продуценты ферментов. Оптимизацией процесса культивирования штаммов микроорганизов-продуцентов занимался соисполнитель проекта – Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН.

"Нам удалось создать рекомбинантный грибной штамм-продуцент экзоинулиназы Penicillium verruculosum. Мы нашли ген интересной экзоинулиназы и в итоге получили высокоактивные трансформанты, – поделился руководитель проекта. – На их основе в лабораторных условиях получены сухие ферментные препараты для конверсии инулина во фруктозу с высокой активностью – до нескольких тысяч единиц экзоинулиназной активности на грамм сухого препарата.

Она в десятки раз превосходит активность известных аналогичных коммерческих зарубежных ферментных препаратов".

Ферментный препарат экзоинулиназы

Также был изучен состав и свойства ферментного комплекса, продуцированного рекомбинантным штаммом.

Следующий этап – процесс превращения сахаров в органические кислоты – фумаровую и молочную. "Обогащённый фруктозой гидрализат инулина – полезный продукт, хорошая альтернатива глюкозе, получаемой из крахмала", – убеждён Аркадий Синицын.

Участники проекта провели испытания образцов карбоновых кислот, разработали лабораторную методику синтеза биополимера на основе карбоновой кислоты, смоделировали весь процесс биоконверсии растительного сырья в карбоновые кислоты и подали заявку на получение патента.

Масштабировать биотехнологическое производство молочной кислоты из предложенного учёными сырья предстоит на площадях индустриального партнёра – ООО "Краснодарский биоцентр". У неё есть цех, в котором расположено несколько ферментёров и специальное оборудование – сушилки, центрифуга, необходимое для пилотного производства.

"Отработка пилотной технологии превращения возобновляемого растительного сырья (топинамбура) на базе ООО "Краснодарский биоцентр" создаст основу для масштабирования и внедрения в производственную практику предлагаемой технологии. Промышленное производство необходимого для реализации технологии фермента – экзоинулиназы можно, например, осуществить на современном заводе по производству ферментов ООО "Агофермент" (Тамбовская область)", – резюмировал руководитель проекта.

Иллюстрация предоставлена Аркадием Синициным.

Источник: //www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=221&d_no=124275#.WBhoJy2LTDc