Введение к работе
Актуальность проблемы
Проблема создания мобильного оборудования для биотехнологии возникла в связи с назревшими задачами стерилизации объектов в поточном производстве, а также при создании новых высокоактивных промышленных штаммов микроорганизмов-продуцентов целевых продуктов синтеза.
В настоящее время известны разные методы стерилизации : текучим паром, химические, ультрафиолетовое облучение, гамма квантовые и др. не всегда обеспечивающие решение возникающих производственных задач. Что касается селекции промышленных штаммов микроорганизмов с применением искусственного мутагенеза = ультрафиолетового излучения, гамма и СВЧ облучения, а также химических методов, то они не всегда приводят к удовлетворительным результатам. Генно-инженерные методы открывают хорошую перспективу получения высокоактивных штаммов промышленных микроорганизмов, но до настоящего времени они также не дали заметных результатов в микробиологической промышленности.
В свете изложенного ясно, что исследовательское направление на разработку новых подходов промышленной стерилизации продукции, а также отбора высокопроизводительных штаммов микроорганизмов продуцентов целевых продуктов является актуальным и своевременным.
Цели и задачи работы
Целью работы является разработка рентгеновского и пучково-плазменного оборудования для применения в боитехнологии при стерилизации, получении промышленных штаммов микроорганизмов и лекарственных препаратов.
Для достижения этих целей необходимо решить следующие задачи :
разработать и уточнить проекты тактико-технических данных на радиационное оборудование и приборы контроля режимов пучково-плазменных разрядов в атмосфере и конденсированных веществах,
разработать концепции воздействия быстрых электронов пучково-плазменного разряда на различные штаммы микроорганизмов в
вегетативных и споровых вариантах с целью установления
радиационного порога их деструктуризации,
экспериментально апробировать модели радиационной стерилизации объектов, инвазированных стойкими микроорганизмами : медицинские объекты, почтовые отправления, объекты культурно-музейного характера идр,
экспериментально изучить связи констант скоростей мутации клеток промышленных микроорганизмов с параметрами и режимами воздействующего на них пучково-плазменного разряда, возбуждаемого быстрыми электронами электронных ускорителей в импульсном и непрерывном режимах облучения,
разработать экспериментальные регламенты пучково-плазменной обработки культуральных сред при атмосферном давлении в асептических условиях для штаммов промышленных микроорганизмов-продуцентов антибиотиков : гентамицина, карминомицина, линкомицина, авермектина с целью повышения их биологической активности на 25 -30 %,
разработать регламенты и апробировать экспериментально облучение промышленных штаммов микроорганизмов-продуцентов бацитрацина и тилозина с целью повышения их биологической активности при получении кормовых добавок в промышленном производстве ,
разработать регламенты и апробировать экспериментально облучение промышленных штаммов микроорганизмов продуцентов авермектинов пучково-плазменным разрядом с целью повышения их биологической активности при получении препаратов авермектинового направления ,
апробировать пучково-плазменные технологии при производстве новых медицинских энтеросорбентов и способов создания их лекарственных форм, а также лекарственных препаратов на основе новых штаммов микроорганизмов-продуцентов антибиотиков.
Научная новизна.
Впервые разработано мобильное оборудование и приборы контроля режимов пучково-плазменных разрядов в атмосфере и конденсированных веществах.
Впервые разработаны методы воздействия быстрых электронов пучково-плазменного разряда на различные штаммы микроорганизмов в вегетативных и споровых вариантах с целью установления радиационного порога их деструктуризации.
Впервые апробированы модели радиационной стерилизации объектов, инвазированных стойкими микроорганизмами : медицинские объекты, почтовые отправления, объекты культурно-музейного характера и др.
Впервые экспериментально изучены связи констант скоростей мутации клеток промышленных микроорганизмов с параметрами и режимами воздействующего на них пучково-плазменного разряда, возбуждаемого быстрыми электронами электронных ускорителей в импульсном и непрерывном режимах облучения.
Впервые обнаружено явление корреляции констаты скорости мутаций микроорганизмов с параметрами виртуальной электронной волны де-Бройля (Хд) ускоренных электронов ППР, что позволило прояснить процесс взаимодействия быстрых электронов с клетками микроорганизмов и увеличить частоту (FM) их мутаций. Детальное уточнение параметров Ад, коррелирующих с FM позволило, «управляя» индуцированным мутагенезом изменять наследственные свойства промышленных штаммов микроорганизмов-продуцентов антибиотиков.
Впервые применены пучково-плазменные технологии при производстве новых медицинских энтеросорбентов и способы создания их лекарственных форм, а также лекарственных препаратов на основе новых штаммов микроорганизмов - продуцентов антибиотиков.
Впервые получены новые сведения о выживаемости микроорганизмов, и их спор , при одних и тех же поглощенных дозах облучения, но
различающиеся по мощностям доз. Новые полученные данные свидетельствуют о том, что импульсное рентгеновское (х-гамма) излучение агрессивнее воздействует на живую клетку (в режиме предлетальных доз). Практическая ценность работы Практическая ценность работы заключается в том, что: разработанное рентгеновское и пучково-плазменное оборудование для биотехнологии использовано для получения новых, защищенных патентами РФ , штаммов микроорганизмов :
Штамм Actinomyces roseolus - продуцент антибиотика линкомицина ВКМП-815.
Штамм Bacilluslicheniformis А-81-продуцент бацитрацина.
Штамм Streptomyces fradiae ВНИИСХМ-53.
Штамм Streptomyces avermitihs - продуценты авермектинов : Str. Avermitilis - 51 и Str. Avermitihs - 54.
Получен новый энтеросорбент для медицинского применения «Полифан» патент РФ 2125463-1998г.
Разработаны новые методы стерилизации почтовых отправлений больших объемов с помощью электронных ускорителей ( ранее существовал метод стерилизации единичных пакетов, листов и т. д. ).
На основе новых штаммов - продуцентов авермектинов в настоящее время выпускаются противопаразитарные препараты «Аверсект-2» , «Ниоцид», «Фитоверм».
Положения, выносимые на защиту
Рентгеновское и пучково-плазменное оборудование для селекции новых штаммов микроорганизмов - продуцентов целевых продуктов.
Рентгеновское и пучково-плазменное оборудование и регламенты стерилизации крупных партий почтовых отправлений пучково-плазменным разрядом , возбуждаемым электронным пучком ускорителя, в том числе : эффект повышения резистентности импульсного облучения по-
сравнению с непрерывным, при равных средних мощностях облучения
ионизирующим излучением штаммов актимомицетов (streptomyces) в их
вегетативных и споровых состояниях Способ стерилизации
медицинского и пищевого оборудования. Патент РФ №207 67 37.1997
3. Способы повышения биологической активнасти промышленных штаммов
микроорганизмов - продуцентов антибиотиков А. С 1410529 - 1998г.,
патент РФ № 1824912 1991г. в том числе:
метод малых мутаций с закалкой тормозным короткоимпульсным рентгеновским излучением
4. Способ получения промышленных штаммов микроорганизмов-продуцентов
бацитрацина и тилозина - А.С 1805666 - 1991 г, патент РФ 2007457 - 1994,
в том числе : патент 2057180 - 1993г
обнаружение эффектов резонансной зависимости частоты мутаций
микроорганизмов от длинны волны быстрых электронов, проходящих
через кристаллы и бомбардирующих культуральную среду.
1. Способ получения промышленных штаммов микроорганизмов-
продуцентов авермектинов: Патент РФ 2048520 - 1992,20074256 - 1992г.
Личное участие автора . Автором сформулированы общие концепции и основные направления исследований . Все экспериментальные материалы, представленные в диссертации , посвященые созданию оборудования и применению его в биотехнологии разработаны с участием автора : т.з. на оборудование, регламенты радиационных режимов индуцированного мутагенеза микроорганизмов , стерилизации , создание новых медицинских и с/х препаратов.
Автор считает своим приятным долгом поблагодарить всех своих соавторов за плодотворное сотрудничество.
Апробация работы Основные результаты диссертационной работы докладывались на 8 Всесоюзных, Российских и Международных научных семинарах, конференциях и симпозиумах, зарегистрированы в 10 патентах Р.Ф.
Цикл работ, выполненных Зиновьевым О.А. в соавторстве был отмечен отраслевыми премиями Производственного Объединения «Мосмедпрепараты» им.Л.Я.Карпова (1990 - 1996гг), выдвинут Научным Советом РНЦ «КИ» на премию Правительства Р.Ф. в области науки и техники (2003г). Работы составляющие основное содержание диссертации используются в НПО «Мосмедпрепараты» им. Л. Я. Карпова ( ныне АО «Ферейн» ), ТОО НПО «Фармбиомед» : ( препарат «Фитоверм» ), ООО «Агровет», 000 НПО «Экобиовет» : (препарат «Ниацид»), 00 «Бифидум» : (получение новых штаммов продуцентов антибиотиков авермектинового направления. Использованы также в Московской Государственной Академии Ветеринарной Медицины и Биотехнологии им. К.И. Скрябина при обучении студентов и создании новых экологически чистых препаратов для медицины, животноводства, растениеводства.
Материалы диссертации находят применение при производстве медицинского сорбента - «Полифана» : ( ИМГРАН ), а также при стерилизации объектов медицинского назначения : (инструмента, препаратов, сырья, одежды ). Рекомендации и эксперименты, проведенные в ходе работы предполагают применение их в планах ГО и ЧС : ( стерилизация почтовых отправлений) в РНЦ «Курчатовский институт» и в 000 «Биохиммаш» . Опубликовано в открытой печати около 150 научных работ в том числе 38 по теме диссертации, список которых приведен в конце автореферата.
Структура диссертации Диссертация изложена на 203 страницах включая 114 рисунков, 22 таблицы, а также список использованнх источников из 236 публикаций, состоит из введения (постановка задачи), 7 глав и заключения (общих выводов).
