Криобиологические сосуды > Материалы и биотехнология > Поли-β-гидроксибутират

Поли-β-гидроксибутират


Поли-β-гидроксибутират (ПГБ) — это термопластичный по­лиэфир, состоящий из повторяющихся блоков —СН (СН3)—СН2—СО—О— и, как было установлено более 50 лет назад, являющийся резервным энергозапасающим со­единением. Он накапливается самыми разнообразными микро­организмами (например, видами Alcaligenes, Azotobacter, Ba­cillus, Nocardia, Pseudomonas и Rhizobium). В некоторых ус­ловиях отдельные виды, в частности Alcaligenes eutrophus и Azo­tobacter beijerinckii, способны аккумулировать этот полимерный материал в таком количестве, что он составляет до 70% их су­хой массы. Накоплению ПГБ внутри клеток при росте на уг­леводах или на других источниках углерода, например на ме­таноле, способствует недостаток фосфора или азота. Поэтому образование данного полимера может быть одностадийным процессом, при котором лимитирующим фактором является с самого начала роста определенное питательное вещество. Процесс может быть и двухстадийным, когда микроорганизмы сначала растят в среде, содержащей достаточное количество питательных веществ, для накопления биомассы, а затем пере­водят в условия, где лимитирующим рост фактором служит какой-либо компонент среды, кроме углерода, что вызывает значительное повышение уровня внутриклеточного ПГБ. К на­коплению ПГБ способны многие виды, но выход продукта и молекулярная масса синтезируемого полимера у них обычно недостаточны для использования этих организмов в промыш­ленном производстве данного полимера. Необходимо, чтобы содержание ПГБ в биомассе составляло не менее 30-40% (по весу), а мол. масса полимера была порядка 200000—300000. Поскольку ПГБ образуется в виде внутриклеточных гранул, его экстрагируют из микроорганизмов после разрушения кле­ток. Предпочтительным методом его очистки служит экстрак­ция растворителями типа галогенированных углеводородов, на­пример 1,2-дихлорэтаном. Альтернативный подход к получе­нию полимера в пригодном к использованию виде состоит в прессовании в формах или экструзии высушенных клеток са­мого микроорганизма с содержанием ПГБ по весу не менее 50%. Для получения композиции, пригодной к созданию пред­метов определенной формы, клетки разрушают и при необхо­димости смешивают с нужным количеством экстрагированного полимера. Один из технологических подходов к изменению по­лимерных свойств ПГБ предусматривает изменение состава го-мополимера in situ. Всегда считалось, что этот резервный энер­гетический материал является простым полиэфиром мономера р-гидроксибутирата. Однако сейчас установлено, что во многих случаях он представляет собой более сложный гетерополимер разных жирных β-гидроксикислот. Следовательно, состав этого полимера можно менять в процессе роста микроорганизма, на­пример добавлением пропионовой кислоты к культуральной среде: таким способом в образующийся сополимер вводятся остатки β-гидроксивалерата. Это в свою очередь изменяет рео­логические свойства полимера.
Появление на рынке синтезируемых микробами гетерополи-меров ПГБ вряд ли окажет существенное влияние на процве­тающую индустрию пластмасс; однако полезные свойства этого полимера, особенно его подверженность биодеградации, могут способствовать его применению в ряде областей.