Другие статьи

Цель нашей работы - изучение аминокислотного и минерального состава травы чертополоха поникшего
2010

Слово «этика» произошло от греческого «ethos», что в переводе означает обычай, нрав. Нравы и обычаи наших предков и составляли их нравственность, общепринятые нормы поведения.
2010

Артериальная гипертензия (АГ) является важнейшей медико-социальной проблемой. У 30% взрослого населения развитых стран мира определяется повышенный уровень артериального давления (АД) и у 12-15 % - наблюдается стойкая артериальная гипертензия
2010

Целью нашего исследования явилось определение эффективности применения препарата «Гинолакт» для лечения ВД у беременных.
2010

Целью нашего исследования явилось изучение эффективности и безопасности препарата лазолван 30мг у амбулаторных больных с ХОБЛ.
2010

Деформирующий остеоартроз (ДОА) в настоящее время является наиболее распространенным дегенеративно-дистрофическим заболеванием суставов, которым страдают не менее 20% населения земного шара.
2010

Целью работы явилась оценка анальгетической эффективности препарата Кетанов (кеторолак трометамин), у хирургических больных в послеоперационном периоде и возможности уменьшения использования наркотических анальгетиков.
2010

Для более объективного подтверждения мембранно-стабилизирующего влияния карбамезапина и ламиктала нами оценивались перекисная и механическая стойкости эритроцитов у больных эпилепсией
2010

Нами было проведено клинико-нейропсихологическое обследование 250 больных с ХИСФ (работающих в фосфорном производстве Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции)
2010


C использованием разработанных алгоритмов и моделей был произведен анализ ситуации в системе здравоохранения биогеохимической провинции. Рассчитаны интегрированные показатели здоровья
2010

Специфические особенности Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции связаны с производством фосфорных минеральных удобрений.
2010

Особенности и механизм действия иммобилизованных биологических объектов

 В статье приведены результаты научных исследований процесса иммобилизации культур микроорганизмов для увеличения выживаемости пробиотических культур в молочных продуктах. 

Иммобилизованные биологические  объекты  можно  рассматривать  как  отдельную  отрасль  создания и использования биологических объектов.

Иммобилизованный объект представляет собой гармоничную систему, действие которой в целом определяется  правильным   подбором   трех   основных   компонентов:   биологического   объекта,   носителя и способа связывания объекта с носителем.

Теоретические   основы   иммобилизации   заложены   в   трудах   отечественных   и   зарубежных ученых  -  Д.В. Ганиной,  А.М.  Аксуповой,   Ю.А.  Синявского,   Дж.  Вудворда,   П.   Марек,  Дж.   Кристен, П. Кафлэн    и др.

В основном используются следующие группы методов иммобилизации биологических объектов:

  • включение в гели, микрогранулы,микрокапсулы;
  • адсорбция на нерастворимых носителях;
  • ковалентное связывание с носителем;
  • сшивка бифункциональными реагентами без использования носителя;
  • «самоагрегация» в случае интактных клеток.

Основными преимуществами использования иммобилизованных биологических объектов являются:

  • высокая активность;
  • возможность контроля над микроокружением агента;
  • возможность полного и быстрого отделения целевых продуктов;
  • возможность организации непрерывных процессов с многократным использованием объекта.

Следует особо выделить группу биологических объектов: ферменты-катализатор биологического происхождения, изучением которых в прикладном аспекте занимается инженерная энзимология. Основная ее задача - разработка биотехнологических процессов каталитического действия энзимов, как правило, выделенных из состава биологических систем или находящихся внутри клеток, искусственно лишенных способности роста [1].

Благодаря ферментам скорость реакций, по сравнению с реакциями, протекающими в отсутствии этих катализаторов, возрастает в 106-108раз. Как следует из вышеизложенного, в биотехнологических процессах возможно использование ряда биологических объектов, характеризующихся различными  уровнями сложности биологической регуляции, например клеточным, субклеточным, молекулярным. От особенностей конкретного биологического объекта самым непосредственным образом зависит подход к созданию всей биотехнологической системы в целом. В результате научных исследований расширяются возможности прикладного использования той или иной биологической системы в качестве активного начала биотехнологического процесса. Набор биологических объектов в процессе научных исследований непрерывно пополняется.

Коадгезия прокариот является общебиологическим свойством и обеспечивает эндотрофной микрофлоре биотопов (ЭМБ) селективное преимущество. Идея создания иммобилизованных пробиотиков (ИП) основана на этой основе. К иммобилизованным относят пробиотики, в состав которых входит эубиотическая микрофлора (ЭМ) и вещества, обладающие сорбционным эффектом к ней. ЭМ могут быть соадгезированы (иммобилизованы) на частицах материала или коадгезированы с его помощью. Заметим, что видовой специфической адгезии в отношении конкретного сорбента не  существует.

Формирование и сохранение микробиоценозов поэтапно включает:

  • передачу ЭМБ от донора к реципиенту, коадгезию или соадгезию микроорганизмов во внешней среде, образование бактериальных агрегатов, имеющих необходимую биологически дееспособную дис- кретную плотность (БДДП);
  • гистадгезию бактерий  в  пристеночном,  или  соадгезию  в  полостном,    микробиотопе;     колонизацию и расселение ЭМБ по ярусам биотопа;
  • реализацию  репродуктивного,   затухающего   или   поддерживающего   колонизационного   процесса в системе тканевых популяционкых циклов и замкнутых посевных контуров.

Использование ИП позволяет исключить этап 1 и усилить эффективность этапов 2, 3.

Механизм действия ИП складывается из взаимодействия конгломератов (адгезированные на сорбенте ЭМ) с каким-то множеством локальных площадок слизистой поверхности биотопа (пристеночного микробиотопа). Вероятность возбуждения гистадгезии ЭМ на локальных площадках зависит от физико- химических факторов среды, морфологической характеристики производственного штамма, электростатики и гидрофобности функциональных групп и структуры поверхности сорбента. Количество клеток, архитектоника конгломерата, другие свойства должны удовлетворять  требования  к реплика-ционной дозе или БДДП. Противодействуют или способствуют развитию популяции в биотопе лимитирующие, стимулирующие, прото - кооперативные, экологические и социальные факторы, поэтому вероятность клинически эффективной колонизации зависит от числа возбужденных дискретных площадок. Например, конгломерат, состоящий из 20 клеток бифидобактерий с площадью проекции 70-100 мкм2 (БДДП-0,28-0,2) придает максимальную возможность локальной гистадгезии. Вероятность развития поддерживающего процесса колонизации биотопа составляет 31,6% при возбуждении 10 дискретных площадок и  повышается до 82-91% при 10 дискретных площадок. При диффузном распределении клеток ЭМ в  биотопе,  его ярусе или микробиотопе вероятность создания БДДП значительно ниже и в основном зависит от свойств химуса или других возможностей агрегирования [2].

На модели кишечного биотопа новорожденных поросят изучали особенности колонизации  кишечника при изменении количественной и качественной характеристик вводимых доз бифидобактерий. Для этого иммобилизированные на активном угле Bifidobacterium bifidum (биомасса «Бифидумбактерина форте») вводили : а) одноразово в мегадозе 1,0-1010 микробных клеток и б) по 3,0 • 107 в течение  трех  дней. Животных вскрывали через сутки после введения препарата. Результаты колонизации оценивали количественными посевами слизистой и прилегающего к ней химуса.

При введении мегадозы распределение бифидофлоры по биотопу представило: слепые кишки 1,08-3,2-107 МК/ мм2 слизистой поверхности и 3,1-4,3-109 МК/мг химуса; дистальный отдел подвздошной кишки - 6,75-8,2-106 МК/ мм2, 5,1-6,3-107 МК/мг; средний отдел толстой кишки - 3,6-5,2 • 105 МК/мм2, 1,1-3,0-108 МК/мг. Слизистая оболочка двенадцатиперстной кишки содержала 2,8-6, 4-103 МК/мм2. При трехдневном  введении  поросятам  биомассы  в слизистой  слепых  кишок  обнаружено  7,8-9,1-102  МК/  мм2 и в химусе 1,2-10 МК/мг бифидобактерий. При расчете уровней колонизации (УК) слизистой поверхности учитывали, что для покрытия ее в один мультислой требуется 1,0-1,2-106  МК.

Из полученных данных можно сделать вывод, что основной экологической нишей бифидофлоры являются   пристеночные   микробиотопы   слепых   кишок   и   дистальные    отделы    тонкого   кишечника (УК = 900 и 583%, соответственно 9 и 6 мультислоев). Одновременно прослеживается рассредоточение бифидобактерий по всему кишечному биотопу. УК слизистой оболочки слепых кишок при трехдневном введении препарата не превысил 1%, при этом бифидобактерий размещались дискретно в виде микроколоний. Введение мегадозы позволяет считать максимальным, для данной модели, насыщение сли- зистой поверхности не более 3,2-107 МК/мм2. Полостной микробиотоп слепых кишок, после освобождения от излишней бифидофлоры, содержал не более 1,5% от пристеночной концентрации  [2].

Результаты экспериментов позволяют думать о возможности изменения подхода при искусственном формировании микробиоценоза по компоненту бифидобактерий. Так, введение увеличенных, по   сравнению с рекомендуемыми, доз иммобилизированных бифидобактерий, за короткий промежуток времени, вероятно, позволит быстрее сформировать необходимый уровень этого ценобионта в кишечном микробиоценозе.

Пробиотики - живые микроорганизмы, которые транзитом поступают в ЖКТ и эффективно защищают организм от многих канцерогенов и токсинов, угнетают патогенную микрофлору, синтезируют некоторые витамины, улучшают утилизацию лактозы, абсорбцию кальция, адаптацию белков, а также выполняют ряд других функций в организме человека. Потребность в пробиотических кисломолочных продуктах для профилактики различных заболеваний у людей, проживающих в условиях неблагоприятной экологической среды, возрастающей стрессовой нагрузки, гиподинамии, с избыточной массой тела объективно возросла. Пробиотические свойства микроорганизмов зависят от их способности выживать и размножаться в условиях желудочно-кишечного тракта. Бактерии должны быть метаболически стабильными и активными не только в продуктах, но и оказывать благоприятный эффект на  организм  человека.  Для  обеспечения функциональных свойств минимальный уровень жизнеспособных клеток должен составлять 10 КОЕ/см продукта в течение всего  срока  годности,  а терапевтическая  доза  –  106  жизнеспособных  клеток  в  день. Но   в настоящее   время   имеется   тенденция   к увеличению   норм   потребления   пробиотических  культур, и в некоторых странах Западной Европы минимальный уровень клеток повышен до 107  КОЕ/см.

Однако исследования показывают, что значительная часть пробиотических  культур,  обладающих такими важными свойствами, как антагонистическая и антиоксидантная активность, витаминосинтезирующая способность, проходя через желудочно-кишечный тракт, погибает. Количество клеток   пробиотических   культур   в   замороженных   ферментированных   молочных   продуктах   йогуртов и пудингов   значительно   уменьшается   под   действием   кислотности,   повреждений   при замораживании, влиянием сахара и кислорода (количество клеток уменьшается на 5-6 1оg в течение 8-12 недель при -18°С). В этой связи большой интерес вызывают исследования по совершенствованию и разработке новых способов поддержания жизнеспособности клеток в неблагоприятных условиях [3]. Основные  преимущества смешанных культур, по сравнению с монокультурами, следующие:

  • способность утилизировать сложные, неоднородные по составу субстраты, зачастую непригодные для монокультур;
  • способность к минерализации сложных органических соединений;
  • повышенная способность к биотрансформации органических веществ;
  • повышенная устойчивость к токсичным веществам, в том числе тяжелым металлам;
  • повышенная устойчивость к воздействию окружающей среды;
  • повышенная продуктивность;
  • возможный обмен генетической информацией между видами сообщества.

Существует ряд подходов, увеличивающих жизнеспособность клеток, к которым относятся селекция кислотно- и желчерезистентных штаммов, использование непроницаемой упаковки, двухстадийная ферментация, стрессовая адаптация, введение микронутриентов (цистеин, сывороточный порошок, кислотный гидролизат казеина), бифидогенных факторов (лактулоза и олигосахариды). Такие подходы несколько увеличивают потенциальную выживаемость бифидокультур. Изменение в процессе производства молочного йогурта, приостановление ферментации при рН (5,0±0,1) может обеспечить выживаемость биокультур, но конечный продукт не будет обладать характерным вкусом и ароматом   [3].

Для увеличения выживаемости клеток пробиотических микроорганизмов может использоваться гранулирование и капсулирование как в биотехнологических процессах, так и в организме человека. Технология гранулирования и капсулирования пробиотических клеток базируется на технологии иммобилизованных клеточных культур, используемой в биотехнологии. В  этом  направлении  уже проводились исследования, показавшие успешное использование гранулирования и капсулирования микроорганизмов с помощью различных пищевых полимеров. Например, внешняя оболочка микрокапсулы представляет собой тонкую непроницаемую для клеток, но проницаемую для растворимых веществ (нутриентов и метаболитов для обеспечения роста капсулированных клеток), искусственную мембрану,   что и   позволяет    отнести   микрокапсулирование    к   методам    иммобилизации   клеток      с    использованием «мембранной технологии» [3].

Имеются   данные   применении   для    микрокапсулирования    пробиотических  микроорганизмов каппа  -  карагинана,  гуммиарабика,  желатина,  альгината  натрия,  крахмала,  эмульсии  кунжутного   масла и других веществ. Важным фактором, влияющим на выживаемость клеток бактерий,  является состав веществ, применяемых для образования капсул, и их размер. Так, при капсулировании пробиотических культур с использованием альгината и хитозана (Syeu T Y Marshall R T) полученные капсулы эффективно защищали клетки микроорганизмов,  тогда  как популяции  свободных  клеток  погибали при  выдерживании в условиях повышенной кислотности в течение 1 ч. Hou R C W и Lin M Y показали, что жизнеспособность молочнокислых  бактерий  значительно  увеличивается  (более  чем  в  200  раз)  при  капсулировании  клеток в эмульсию искусственного масла. Для формирования капсул или гранул с иммобилизованными клетками существует два основных подхода: диспергирование и гранулирование  [1].  В  первом  случае водная суспензия  клеток  диспергируется  в  несмешивающейся  с ней  органической жидкости,  а присутствующие в системе специальные добавки образуют на поверхности капелек водной фазы  мембранную  пленку. Размеры капсул регулируются скоростью агитации, могут быть очень разнообразными - от 25 мкм до 2 мм. Во втором случае водная суспензия клеток через особое  дозирующее  устройство  (гранулятор) инжектируется порциями строго определенного объема также в несмешивающуюся с водой органическую жидкость, где на границе раздела фаз по поверхности водной капли происходит  формирование микрогранулы.  Размеры микрогранул   при использовании данного метода  достигают  от  2 до 5 мм.  И   тот, и другой методы способствуют увеличению выживаемости пробиотических бактерий до 80-95%. Изучение кинетики кислотообразования капсулированных микроорганизмов в биотехнологических процессах показывает, что скорость образования кислоты ниже по сравнению с использованием свободных микроорганизмов.

Применение гранулирования и капсулирования для пробиотических и молочнокислых культур дает ряд преимуществ   -    защита    клеток    от    бактериофагов,    увеличение    выживаемости    в    процессе  сушки и замораживания,  увеличение   стабильности  свойств  стартовых  культур   и  готовых  продуктов    питания в процессе хранения. Следовательно, капсулированные и гранулирование клетки пробиотических микроорганизмов целесообразно применять для получения обогащенных продуктов. Наибольший интерес представляют исследования  по  включению  клеток  пробиотических  микроорганизмов  в растительные и водорослевые полисахариды (пектин, альгинат, агар) и белковый продукт – желатин. Молекулы полисахаридов  составлены  из  атомных  группировок,  резко различающихся  по характеру взаимодействия с молекулами воды.  Длинная макромолекула  представляет собой распределение центров    взаимодействия с молекулами воды, в результате чего создается гидратная оболочка макромолекулы. 

Для скрининга проведен сравнительный анализ предполагаемых носителей. Агар – полисахарид сложного состава из морской водоросли анфельции, в сильной степени поперечносшитый. Образует студни после охлаждения до температуры 32-39 ºС. Иммобилизацию в гели агара проводят с использованием термофильных культур микроорганизмов. Пектины являются основными представителями группы гетерогликанов высших растений. Основным представителем пектиновых веществ является полигалактуроновая кислота. Остатки галактуроновой кислоты, как правило, этерифицированы метанолом.

Образование гелевой структуры в растворах пектинов происходит в результате взаимодействия пектиновых молекул между собой и зависит от особенностей строения молекулы. Кроме этого, на процесс гелеобразования оказывают влияние температура, рН среды и содержание дегидратирующих веществ. Пектины являются природными ионообменниками, способными замещать водороды карбоксильных групп на катионы поливалентных металлов. Кроме того, использование пектина в качестве носителя при иммобилизации, обладающего способностью вывода из организма соли тяжелых металлов,  позволяет решить проблему профилактического питания для групп населения, проживающего в промышленно развитых городах.

Желатин – белковый продукт, представляющий собой смесь полипептидов с различной молекулярной массой, не имеющий вкуса и запаха. Он растворяется в горячей воде, при охлаждении водные растворы образуют студень. Растворы желатина имеют низкую вязкость, которая зависит от рН. Условиями образования геля желатина являются его достаточно высокая концентрация  и соответствующая температура, которая должна быть ниже точки затвердевания (30 ºС) [2].

Данные исследования по иммобилизации пробиотических культур  микроорганизмов  методом включения их в гели агара, пектина и желатина методом гранулирования и капсулирования, также использованию    иммобилизованных    пробиотических    культур     микроорганизмов    для     ферментации и производства новых кисломолочных, молочно-растительных и десертных продуктов проводятся учеными кафедры «Прикладная биотехнология» в лабораториях «Микробиология и биотехнология» и «Экспертиза качества биосистем» Центра инновационных технологий Инновационного Евразийского   университета.

 

Литература

  1. Иммобилизованные клетки и ферменты: методы / Под ред. Дж. Вудворда. - МС.: Мир, 1988. - 215 с.
  2. Влияние дозы иммобилизованных бифидобактерий на механизм колонизации кишечного биотопа // Пробиотические микрорганизмы — современное состояние вопроса и перспективы использования: тез. докл. межд. науч.-практ. конф. памяти Г.И. Гончаровой. - М., 2002. - С. 28-29.
  3. Гаврилова Н.Б. Биотехнология комбинированных молочных продуктов: Монография. - Омск: Сибирь, 2004. - 224 с. 

Разделы знаний

Архитектура

Научные статьи по Архитектуре

Биология

Научные статьи по биологии 

Военное дело

Научные статьи по военному делу

Востоковедение

Научные статьи по востоковедению

География

Научные статьи по географии

Журналистика

Научные статьи по журналистике

Инженерное дело

Научные статьи по инженерному делу

Информатика

Научные статьи по информатике

История

Научные статьи по истории, историографии, источниковедению, международным отношениям и пр.

Культурология

Научные статьи по культурологии

Литература

Литература. Литературоведение. Анализ произведений русской, казахской и зарубежной литературы. В данном разделе вы можете найти анализ рассказов Мухтара Ауэзова, описание творческой деятельности Уильяма Шекспира, анализ взглядов исследователей детского фольклора.  

Математика

Научные статьи о математике

Медицина

Научные статьи о медицине Казахстана

Международные отношения

Научные статьи посвященные международным отношениям

Педагогика

Научные статьи по педагогике, воспитанию, образованию

Политика

Научные статьи посвященные политике

Политология

Научные статьи по дисциплине Политология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Психология

В разделе "Психология" вы найдете публикации, статьи и доклады по научной и практической психологии, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. В своих работах авторы делают обзоры теорий различных психологических направлений и школ, описывают результаты исследований, приводят примеры методик и техник диагностики, а также дают свои рекомендации в различных вопросах психологии человека. Этот раздел подойдет для тех, кто интересуется последними исследованиями в области научной психологии. Здесь вы найдете материалы по психологии личности, психологии разивития, социальной и возрастной психологии и другим отраслям психологии.  

Религиоведение

Научные статьи по дисциплине Религиоведение опубликованные в Казахстанских научных журналах

Сельское хозяйство

Научные статьи по дисциплине Сельское хозяйство опубликованные в Казахстанских научных журналах

Социология

Научные статьи по дисциплине Социология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Технические науки

Научные статьи по техническим наукам опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физика

Научные статьи по дисциплине Физика опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физическая культура

Научные статьи по дисциплине Физическая культура опубликованные в Казахстанских научных журналах

Филология

Научные статьи по дисциплине Филология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Философия

Научные статьи по дисциплине Философия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Химия

Научные статьи по дисциплине Химия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Экология

Данный раздел посвящен экологии человека. Здесь вы найдете статьи и доклады об экологических проблемах в Казахстане, охране природы и защите окружающей среды, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. Авторы рассматривают такие вопросы экологии, как последствия испытаний на Чернобыльском и Семипалатинском полигонах, "зеленая экономика", экологическая безопасность продуктов питания, питьевая вода и природные ресурсы Казахстана. Раздел будет полезен тем, кто интересуется современным состоянием экологии Казахстана, а также последними разработками ученых в данном направлении науки.  

Экономика

Научные статьи по экономике, менеджменту, маркетингу, бухгалтерскому учету, аудиту, оценке недвижимости и пр.

Этнология

Научные статьи по Этнологии опубликованные в Казахстане

Юриспруденция

Раздел посвящен государству и праву, юридической науке, современным проблемам международного права, обзору действующих законов Республики Казахстан Здесь опубликованы статьи из научных журналов и сборников по следующим темам: международное право, государственное право, уголовное право, гражданское право, а также основные тенденции развития национальной правовой системы.