Сільськогосподарська біотехнологія

Біологічна азотфіксація – процес переведення азоту, що міститься в атмосфері у вигляді хімічно інертного N₂, у доступну для рослин форму нітратів й амонію. Азот становить 78% від загального обсягу атмосферного повітря й абсолютно недоступний для рослин у такому вигляді. Саме тому люди змушені вносити азотні добрива для підвищення продуктивності сільськогосподарських культур. Фіксація атмосферного азоту здійснюється бактеріями, що живуть у симбіозі із представниками сімейства бобових (бульбочкові бактерії з роду Rhizobium) або вільноживучими азотфіксаторами, наприклад, Azotobacter. Для прискорення заселення ризосфери, як правило, використовують бактеріальні добрива, що містять культури азотфіксуючих мікроорганізмів. Бактеріальні добрива на основі бульбочкових бактерій вносять під бобові культури, симбіонтами яких вони є. Методами генної інженерії виведені мутанти бульбочкових бактерій з підвищеною здатністю до азотфіксації. Ведуться роботи зі створення азотфіксуючих рослин, здатних до симбіозу зі злаковими. Є й бактеріальні препарати, що поліпшують фосфорне харчування рослин.

Мікробні інсектициди. Останнім часом все частіше з'являються дані про мутагенну й канцерогенну дію хімічних пестицидів, які погано руйнуються й накопичуються в навколишньому середовищі.

Для одержання мікробних інсектицидів використовуються віруси, гриби, найпростіші, найбільш зручні – спороутворюючі бактерії. Мікробні інсектициди високоспецифічні й діють тільки на певних шкідливих комах, залишаючи непошкодженими корисні. Патогенність мікроорганізмів викликана дією певних токсинів, тому вироблення стійкості до біопрепаратів у комах не відбувається. Мікробні пестициди (ентомопатогенні препарати на основі бактерій, грибів або вірусів) піддаються біодеградації. Мікроорганізми можуть регулювати ріст рослин і тварин, запобігати захворюванням. Деякі бактерії змінюють кислотність і солоність ґрунту, інші продукують сполуки, що зв'язують залізо, треті – виробляють регулятори росту. Як правило, мікроорганізмами інокулюють насіння й або рослини перед посадкою.

У тваринництві біотехнологія також знаходить застосування. Це діагностика, профілактика, лікування захворювань із використанням техніки моноклональних антитіл, генетичне поліпшення порід тварин. Широко використовуються біотехнологічні методи для штучного запліднення. Біотехнологія застосовується для силосування кормів, дозволяючи підвищувати засвоєння рослинної біомаси, для утилізації відходів тваринницьких ферм й одержання екологічно чистих органічних добрив на основі переробки відходів рослинництва й тваринництва.

Деякі речовини, отримані за допомогою мікроорганізмів можуть використатися у вигляді кормових добавок, інші – придушують шкідливу мікрофлору в шлунково-кишковому тракті або стимулюють утворення специфічних мікробних метаболітів (кормові антибіотики, які використовуються усе ширше).

Біогеотехнологія

Деякі мікроорганізми можуть каталізувати певні окисно-відновні реакції – окислення Fe й Mn у воді, окислення сульфурвмісних сполук, окислення-відновлення азотовмісних сполук. Аеробні бактерії можуть виділяти залізо, мідь, сульфати.

Біогеотехнологія – використання геохімічної діяльності мікроорганізмів у гірничодобувній промисловості. Це екстракція й концентрування металів при біологічному очищенні стічних вод підприємств гірничодобувної промисловості й флотаційних процесах: вилужування бідних і відпрацьованих руд, десульфування кам'яного вугілля, окислення піритів і піритвмісних порід.

Своїм корінням біогеотехнологія йде в геологічну мікробіологію. Мікроорганізми приймали й беруть активну участь у геологічних процесах. Біологічні властивості різних груп мікроорганізмів й особливості їхньої життєдіяльності в родовищах корисних копалин складають наукові основи біогеотехнології.

Біогеотехнологія стихійно зародилася ще в XVI в. До нас дійшли відомості про те, що в ті далекі часи в Угорщині для одержання міді добуту руду зрошували водою. Цей нехитрий технологічний прийом виявився прообразом сучасного бактеріально-хімічного методу купчастого вилужування металів з руд. Зрозуміло, тоді ще не знали, що даний процес одержання міді за своєю природою є мікробіологічним. Це стало відомо тільки в 1922 р. завдяки роботам німецьких учених Рудольфа й Хельброннера. Очевидно, 1922р. варто вважати офіційною датою народження біогеотехнології. Надалі біогеотехнологія розвивалася нерівномірно й свого повноліття досягла до початку 80-х років ХХ століття. До цього часу поряд з бактеріальним вилужуванням металів сформувалися й інші розділи біогеотехнології – видалення сульфуру з вугілля, боротьба з метаном у вугільних шахтах, підвищення нафтовіддачі нафтоносних шарів.

Біогеотехнологія вилужування металів – основана на використанні, головним чином, тіонових (окислюючих сірку й сірковмісні сполуки) бактерій для екстракції металів з руд, рудних концентратів і гірських порід. При переробці бідних і складних руд тисячі й навіть мільйони тонн коштовних металів губляться у вигляді відходів, шлаків, «хвостів». Відбуваються також викиди шкідливих газів в атмосферу. Бактеріально-хімічне вилужування металів зменшує ці втрати. Основу цього процесу становить окислення сульфідних мінералів, що містяться в рудах, тіоновими бактеріями. Окислюються сульфіди міді, заліза, цинку, олова, кадмію й т.д. При цьому метали з нерозчинної сульфідної форми перетворюються на сульфати, добре розчинні у воді. Із сульфатних розчинів метали добуваються шляхом осадження, екстракції, сорбції. Одним з можливих шляхів добування металів з розчинів є адсорбція металів клітинами живих мікроорганізмів, так звана біосорбція металів. Метали включаються до складу специфічних білків – металотіонеїнів. Корисними для біогеотехнології видобутку металів властивостями володіє цілий ряд мікроорганізмів. Але основним з них, безумовно, є відкритий в 1947 р. Колмером і Кінкелем вид тіонових бактерій – Thiobacillus ferrooxidans. Необхідну для росту енергію ці бактерії одержують при окисленні відновлених сполук сірки й двовалентного заліза в присутності вільного кисню. Вони окислюють практично всі відомі на цей час сульфіди металів. Джерелом вуглецю для росту бактерій служить при цьому вуглекислий газ. Характерною рисою їхньої фізіології є потреба в дуже кислому середовищі. Вони розвиваються при рН від 1 до 4,8 з оптимумом при 2 – 3. Інтервал температур, у якому можуть розвиватися бактерії цього виду, становить від 3 до 40°С с оптимумом при 28°С. Тіонові бактерії широко поширені в природі. Вони живуть у водоймах, ґрунтах, вугільних і золоторудних родовищах. У значних кількостях зустрічаються вони в родовищах сульфатних і сульфідних руд. Але в умовах природного залягання таких руд активність тіонових бактерій стримується відсутністю кисню. При розробці сульфідних родовищ руди вступають у контакт із повітрям, і в них розвиваються мікробіологічні процеси, що призводять до вилужування металів. Застосовуючи певні біотехнологічні заходи, цей природний процес можна прискорити.

Основною технологічною операцією цього способу є зрошення відвалів добутої руди розчинами, що містять сульфатну кислоту, іони двох- і тривалентного заліза, а також життєздатні клітини тіонових бактерій. Іноді для посилення процесів вилужування усередину відвалу подають повітря. У таких умовах цей розчин фільтрується через товщу руди й у результаті мікробіологічних і хімічних процесів збагачується металами, що видобувають із руди. Потім цей розчин збирають за допомогою системи колекторів, і з нього добувають метали одним із фізико-хімічних методів. Щорічно у світі таким способом добувають сотні тисяч тонн міді, або приблизно 5% від її загального видобутку. У ряді країн цим способом одержують також значні кількості урану.

Біогеотехнологія видалення сульфуру з вугілля основана на використанні тіонових бактерій для видалення сульфурвмісних сполук із вугілля. Як буре, так і кам'яне вугілля нерідко містять значні кількості сульфуру. Загальний зміст сірки у вугіллі може досягати 10 – 12%. При спалюванні вугілля сірка, що міститься в ньому, перетворюється в сірчистий газ, що надходить в атмосферу, де з нього утворюється сульфатна кислота. З атмосфери сульфатна кислота випадає на поверхню землі у вигляді сульфатнокислотних дощів.

За наявним даними, у деяких країнах Західної Європи в рік на 1 га землі з дощами випадає до 300 кг сульфатної кислоти. Неважко собі представити, який збиток наносять кислотні дощі здоров'ю людини, його господарській діяльності й навколишній природі. Крім цього, високосірчисте вугілля погано коксується й тому не може бути використане у кольоровій металургії. Мікробне видалення сірки з вугілля, на думку фахівців, є економічно вигідним, і з ним пов'язують надії на вирішення проблеми сульфатнокислотних дощів.

Перші досліди по спрямованому видаленню сірки з вугілля з використанням мікроорганізмів були виконані в 1959 р. у СРСР С.М. Зарубіною, Н.Н. Ляліковою й Е.І. Шмук. У результаті цих дослідів за 30 діб за участю бактерій Th. Ferrooxidans з вугілля було вилучено 23 – 30% сірки. Пізніше кілька робіт по мікробіологічному видаленню сірки з вугілля було опубліковано американськими дослідниками. Їм удалося за допомогою тіонових бактерій знизити вміст піритної сірки в кам'яному куті за 4 доби майже на 50%.

Цей метод супроводжується попутним вилужуванням різних металів. Відомо, що в помірних кількостях містяться у вугіллі германій, нікель, берилій, ванадій, золото, мідь, кадмій, свинець, цинк, марганець. Попутне одержання коштовних металів при десульфуризації вугілля дає додатковий економічний ефект.

Роботи з видалення піритної сірки з вугілля мікробіологічним шляхом проводиться зараз у багатьох країнах світу. За останніми повідомленнями в лабораторних умовах вдається знизити вміст сірки у вугіллі шляхом мікробіологічного вилужування за 5 діб майже на 100%. Мікробіологічний спосіб десульфуризації вугілля розглядається як досить перспективний.

Біогеотехнологія й боротьба з метаном у вугільних шахтах – використання метанокислюючих бактерій для зниження концентрації метану у вугільних шарах і вироблених пустотах.

У шарах кам'яного вугілля міститься величезна кількість метану, яка досягає сотні кубометрів на 1 т вугілля. При цьому, чим глибше залягає вугілля в надрах землі, тим більше метану він містить. При підземному видобутку вугілля метан з розроблювальних вугільних шарів й вироблених пустот, які при цьому утворюються, надходить в атмосферу шахт. Скупчення цього вибухонебезпечного газу в гірських виробленнях створює постійну погрозу для життя шахтарів. Відомі випадки великих вибухів метану у вугільних шахтах світу, які забрали сотні людських життів.

Традиційні засоби боротьби з метаном у вугільних шахтах (вентиляція, вакуумна дегазація, зволоження шарів водою) в умовах постійної інтенсифікації гірських робіт і переходу на усе більш глибокі вугленосні пласти часто вже не можуть забезпечити одночасно високий рівень вуглевидобутку й безпечні умови праці. В основі біогеотехнологічних способів боротьби з метаном лежить процес поглинання цього газу метанокислюючими бактеріями у вугільних шарах і вироблених пустотах. На даному рівні розвитку науки цей процес являє собою єдину можливість руйнування молекули метану при температурах розроблювальних вугленосних пластів.

Ідея про використання метанокислюючих бактерій для боротьби з метаном у вугільних шахтах належить радянським ученим. У 1939 р. О.С. Юровский, Г.П. Капілаш і Б.В. Мангубі запропонували застосовувати ці бактерії для зниження виділення метану з вироблених пустот. Незважаючи на широке поширення метанокислюючих бактерій у природі, у вугільних шарах і прилягаючих породах вони відсутні. Тому необхідну кількість активних метанокислюючих бактерій вирощують у ферментерах й у вигляді суспензії в поживному середовищі додають у поровий пласт вугільних шарів і вироблені пустоти. Робоча суспензія виготовляється безпосередньо в шахті. У рудничну воду додають задану кількість біомаси метанокислюючих бактерій і відсутні для їхньої активної життєдіяльності мінеральні солі. Як правило, це мінеральні сполуки азоту й фосфору. У вугільний шар робоча суспензія нагнітається насосами через шпари, пробурені у вугіллі або з підземних пустот, або з поверхні землі: 1 т вугілля може прийняти 20 – 40 л робочої суспензії. У вугіллі мікроорганізми розподіляються по тріщинах і порам.

Таким шляхом здійснюється насичення вугілля метаноокислюючими бактеріями. Але для розвитку цих бактерій необхідний вільний кисень, якого немає у вугільних шарах. Тому в насичений метанокислюючими бактеріями ділянки вугільного шару через ті ж шпари компресором постійно прокачується повітря. У таких умовах бактерії споживають метан, що міститься у вугіллі, і за рахунок цього відбувається зменшення вихідної газоносності вугільного шару. Мікробіологічні способи боротьби з метаном були неодноразово випробувані у вугільних шахтах. Надходження метану як з вугільних шарів, так і з вироблених пустот у ході цих випробувань було знижено в середньому в 2 рази. За інших рівних умов це дозволяє підвищувати видобуток вугілля приблизно в 1,5 рази.

Біогеотехнологія й підвищення нафтовіддачі – використання різних груп мікроорганізмів для збільшення вторинного видобутку нафти.

Нафта, як відомо, є в цей час основною енергетичною й хімічною сировиною. Однак за деякими прогнозами світові запаси нафти можуть бути вичерпані вже протягом найближчих 50 років. Разом з тим існуюча технологія дозволяє видобувати тільки половину нафти, яка міститься в родовищах. Це обумовлено міцними зв'язками нафти з породами, які її містять. Підвищення нафтовіддачі на 10 – 15% було б рівносильним відкриттю нових родовищ. У зв'язку із цим у цей час помітно зріс інтерес до пошуку шляхів і засобів підвищення вторинного видобутку нафти.

Один зі способів припускає використання комплексу вуглеводеньокислюючих і метанутворюючих бактерій для збільшення нафтовіддачі який оснований на активації геохімічної діяльності цих мікробів у нафтовому покладі, куди вони попадають разом із поверхневими водами, що закачуються через скважину. Активація цих мікробіологічних процесів досягається шляхом аерації води і додавання в них мінеральних солей азоту й фосфору. Недостатня кількість цих хімічних елементів найчастіше лімітує активність мікрофлори в природних умовах. Нагнітання в нафтовий поклад збагаченої киснем і мінеральними солями води приводить до утворення аеробної зони в нафтоносному шарі навколо нагнітальної скважини. Тут починають інтенсивно відбуватися процеси руйнування нафти аеробними веглеводеньокислюючими мікробами. Це супроводжується нагромадженням вуглекислого газу, водню й низькомолекулярних органічних кислот, які надходять в анаеробну зону нафтового покладу. Тут вони перетворюються метаноутворюючими бактеріями в метан. Руйнування нафти й утворення газів приводять до розрідження нафти й підвищенню газового тиску в нафтоносному шарі, що й повинно супроводжуватися збільшенням видобутку нафти з видобувних скважин.

Біоелектроніка

В області електроніки біотехнологія може бути використана для створення поліпшених типів біосенсорів і нових пристроїв, так званих біочіпів.

Біотехнологія уможливлює створення пристроїв, у яких білки є основою молекул, що діють як напівпровідники. Для індикації забруднень різного походження останнім часом стали використовувати не хімічні реагенти, а біосенсори – ферментні електроди, а також іммобілізовані клітини мікроорганізмів. Ферменти мають найвищу чутливість.

Біоселективні датчики створюють також шляхом нанесення на поверхню йоноселективних електродів цілих клітин мікроорганізмів або тканин. Наприклад, Neurospora europea – для визначення NH₃, Trichosporon brassiacae – для визначення оцтової кислоти.

Як сенсори використовують також моноклональні антитіла, що володіють винятково високою вибірковістю. Лідерами у виробництві біодатчиків і біочіпів є японські компанії, такі як Hitachi, Sharp. Наприклад, компанія Hitachi на початку 90-х ХХ сторіччя років створює проектну груп чисельністю в 200 чоловік винятково для робіт в області біоелектроніки. Компанія Sharp проводить дослідження з розробки комп'ютерів з біокомпонентами.

З'являється новий тип напівпровідників, які володіють великою провідністю. Провідну функцію здійснюють молекули білків. Такі ферментні системи працюють із більшою швидкістю, ніж кремнієві напівпровідники. Біочіпи мають невеликі розміри, надійні й здатні до самозбирання. Ще одна японська компанія, Sony, запатентувала спосіб виробництва високоякісних акустичних систем із целюлози, утвореної бактеріями. Гелеподібна целюлоза висушується. Отриманий матеріал має структуру стільника і використовується як пласка діафрагма акустичних систем.

Біотехнологія в медицині

Антибіотики – найбільший клас фармацевтичних сполук, синтез яких здійснюється мікробними клітинами. До цього ж класу відносяться протигрибкові агенти, протипухлинні ліки й алкалоїди. В 1980 р. світове виробництво антибіотиків становило приблизно 25000 т, з них 17000 т – пеніциліни, 5000 т – тетрацикліни, 1200 т – цефалоспорини й 800 т – еритроміцини. В 1945 р. Бротзу з Інституту гігієни в Кальарі (Сардинія) виділив із проби морської води цвіль Cephalosporium acremonium, що синтезує кілька антибіотиків; один з них, цефалоспорин С, який виявився особливо ефективним проти стійких до пеніциліну грампозитивних бактерій.

З декількох тисяч відкритих антибіотиків велика частка належить актиноміцетам. Серед актиноміцетів найбільше значення має рід Streptomyces, включаючи тетрацикліни (один тільки вид Streptomyces griseus синтезує більше п'ятдесяти антибіотиків). Найпоширенішими з комерційної точки зору виявилися пеніциліни, цефалоспорини й тетрацикліни.

Починаючи із середини 1960-х рр. у зв'язку зі зрослою складністю виділення ефективних антибіотиків і поширенням стійкості до найбільш широко застосовуваних сполук при великій кількості патогенних бактерій дослідники перейшли від пошуку нових антибіотиків до модифікації структури вже наявних. Вони прагнули підвищити ефективність антибіотиків, знайти захист від інактивації ферментами стійких бактерій і поліпшити фармакологічні властивості препаратів. Більшість досліджень бути зосереджені на пеніцилінах і цефалоспоринах, структура яких включає чотиричленне β-лактамне кільце. Додавання до β-лактамного кільця метоксильної (СН₃О)-групи призвело до появи цефаміцинів, близьких до цефалоспоринів й ефективних як проти грамнегативних, так і проти пенициліностійких мікробів. Напівсинтез оснований на заміні хімічним шляхом одного бічного ланцюга β-лактамного кільця на інший в одержаній ферментацією молекулі. Стійкість до пеніцилінів і цефалоспоринів пов'язана з наявністю ферментів, так званих β-лактамаз, які широко поширені серед бактерій, актиноміцетів, ціанобактерій і дріжджів. Це обумовлене тим, що гени, які кодують ці ферменти, входять до складу плазмід, стійкість може передаватися при переносі плазмід від одного бактеріального штаму до іншого. Дослідники фірми «Мерхнув, Шарп і Доум» відкрили новий клас β-лактамних антибіотиків, тієнаміцини, які продукуються Streptomyces cattleya. Тієнаміцини надзвичайно ефективні проти грампозитивних і грамнегативних бактерій, а також здатні гальмувати дію β-лактамази, що значно підвищує можливості цих антибіотиків. До інгібіторів β-лактамаз відносяться також клавуланова й оливанова кислоти, ідентифіковані дослідниками англійської фармацевтичної компанії «Бічем». Компанія випустила новий антибіотик, аугментин, який являє собою комбінацію β-лактамного антибіотика амоксициліну й клавуланової кислоти.

Антибіотики виробляються в результаті спільної дії продуктів 10 – 30 генів, тому практично неможливо виявити окремі спонтанні мутації, які могли б підвищити вихід антибіотика з декількох міліграмів на літр у штамі дикого типу до 20 г/л і більше пеніциліну або тетрацикліну в промислових штамах Penicillium chrysogenum або Streptomyces auerofaclens. Ці високопродуктивні штами були отримані в результаті послідовних циклів мутагенезу й селекції. У результаті мутацій з'явилися нові вторинні метаболіти, у тому числі 6-деметилхлортетрациклін і 6-деметилтетрациклін. Певні мутанти, так звані ідіотрофи, здатні синтезувати тільки половину молекули антибіотика, а середовище повинно бути збагачене іншою її половиною. Така форма мутаційного біосинтезу призвела до відкриття нових похідних антибіотиків, серед них приналежні до аміноциклітольної групи.

Число протипухлинних речовин мікробного походження досить обмежено. Блеоміцин, виділений Умезавой із співр. у Токійському інституті мікробної хімії з культур Streptomyces verticilliis, являє собою глікопептид, дія якого основана на порушенні структури ДНК пухлинних клітин і реплікації ДНК й РНК. Інша група протипухлинних агентів створена на основі комбінації аміногликозидної одиниці й молекули антрацикліну. Недоліком обох сполук є їхня потенційна небезпека для серця.

У медицині застосовують також амінокислоти, наприклад, аргінін. У сполученні з аспартатом або глутаматом він допомагає при захворюванні печінки. K-Na-аспартат знімає втому й полегшує болі в серці, його рекомендують при захворюванні печінки й діабеті. Цистеїн захищає SH-ферменти в печінці й інших тканинах від окислення й проявляє детоксикаційну дію. Він проявляє також захисну дію від ушкодження, які викликані опроміненням. Дигідроксифенілаланін й D-фенілаланін ефективні при хворобі Паркінсона. З поліамінокислот одержують гарний матеріал для хірургії.

У медицині також використовують зелену водорість Scenedesmus. Її культивують у рідкому поживному середовищі (установки дають до 80 тонн водоростей на рік), виділяють і проводять екстракцію етиловим спиртом. Біомасу відокремлюють і піддають ферментативному гідролізу лужною протеазою. Близько 50% білків при цьому розпадається до пептидів. Гідролізат містить майже всі незамінні амінокислоти, являє собою порошок жовтувато-зеленого кольору із приємним запахом і смаком. Використовується цей продукт для швидкого відновлення організму, а також як компонент косметичних засобів. Якщо замість обробки етанолом провести дворазову екстракцію дистильованою водою, а потім висушити, то утворюється порошок ясно-жовтого кольору. Його використовують як біостимулятор і виготовляють із нього препарати для лікування ран, які погано загоюються.

Ще на початку 90-х років ХХ сторіччя з'явилися статті, у яких розглядалися перспективи використання сапротрофної мікрофлори як продуцента біологічно активних речовин (БАР). Передбачається вводити в організм сапрофітні мікроорганізми, які могли б жити в умовах симбіозу з нормальною мікрофлорою організму. Речовини, які синтезуються бактеріальними штамами включаються в систему біохімічних процесів організму. У випадку порушення нормального біохімічного статусу організму вони коректують його, а при патологічному процесі – затримують його або сприяють припиненню. Таке введення одержало назву «мікробіологічне підсадження». До 1992 року було описано вже більше 50 таких штамів і проаналізований діапазон біологічних ефектів, які секретують БАР.

Для лікування широкого спектра захворювань (бактеріальні інфекції кишечнику, дихальних шляхів, гнійних інфекцій, алергій) успішно застосовуються штами Bacillus subtilis (препарат «Бактисубтил», наприклад, використовують при лікуванні діареї). Штамами E. coli лікують ряд кишкових захворювань. БАР, які секретуються сапротрофами, можуть регулювати ферментативні процеси в організмі й вступати у взаємодію із ксенобіотиками які потрапляють до організму. Штами можна одержувати безпосередньо від людини, тоді вони будуть представляти його природну мікрофлору.

Можна цілеспрямовано виводити лабораторні мутантні штами, у тому числі методами генної інженерії й уводити їх в організм. Способи введення можуть бути різні: капсули, розчинні в кишковому сокові, культури штамів-продуцентів на плівковій основі, у вигляді свічок, а при легеневих захворюваннях – у вигляді аерозолів.

Новим напрямком у медицині є використання ферментних препаратів типу «контейнер», виготовлення яких стало можливим появі й удосконалюванню методів іммобілізації речовин. Ці препарати являють собою мікросфери з більш-менш твердою й проникною оболонкою. Призначення цих лікарських препаратів різне. Першим типом «штучних клітин» варто назвати мікрокапсули. Фермент, що перебуває усередині оболонки, не контактує з рідинами й тканинами організму, не руйнується протеїназами, не інгібується, не викликає імунної відповіді організму. Основне достоїнство мікрокапсул полягає в тому, що їх можна імплантувати у потрібне місце, наприклад у безпосередній близькості від пухлини. При цьому мікрокапсула з відповідним вмістом буде переробляти метаболіти, необхідні для росту пухлинної тканини, і ця тканина не буде розвиватися. Капсули можуть містити мікроскопічні ділянки тканин. Наприклад, є експериментальні дані по створенню депо інсуліну шляхом імплантації мікрокапсул, які містять острівці Лангерганса, що синтезують у підшлунковій залозі інсулін. Відомо, що терапії діабетичних захворювань приділяється багато уваги. Імплантація острівців Лангерганса позбавила б пацієнтів від щоденних ін'єкцій інсуліну. Варто враховувати, що мікрокапсули, які вводять у кров, можуть забивати кровоносні судини й, отже, бути причиною утворення тромбів. Однак ефективність мікрокапсул при використанні їх у вигляді колонок для діалізу в апараті «штучна нирка» безсумнівна. При цьому обсяг апаратів й, відповідно, кількість необхідних і дуже дорогих розчинів різко скорочується. Наприклад, для мікрокапсульованої «штучної нирки» потрібна колонка обсягом усього 30 мл, яка працює майже в 100 разів швидше звичайного апарата. Розвиток такої техніки стримується поки високою вартістю, а також необхідністю використати вже існуючу теж дуже дорогу техніку. Імовірно, ферментні реактори на мікрокапсулах будуть застосовуватися для деградації матеріалів, які не піддаються діалізу.

Усередину мікрокапсул можуть бути включені магнітні частки. У цьому випадку ззовні підводять магнітне поле й препарат утримують поблизу органу-мішені.

У ряді випадків використовуються високомолекулярні сполуки, які розчинні в певних умовах, однак зберігають високу міцність оболонок в інших. Так поводиться ацетилфталілцелюлоза, мікрокапсули з якої інтактні в шлунковому сокові й розчиняються в кишечнику, звільняючи вміст. Зараз інтенсивно досліджуються властивості мікрокапсул, стінка яких складається з оболонок еритроцитів. Вміст еритроцитів видаляється, а «тінь» заповнюється ферментом. Серйозні успіхи досягнуті при лікуванні аспарагін-залежних пухлин препаратами аспарагінази в оболонках еритроцитів.

Використовуються оболонки й інших клітин. Так, описані лікарські препарати, включені в оболонки макрофагів. Останні мають тенденцію накопичуватися у зонах запалень, а отже, можуть транспортувати туди як низько-, так і високомолекулярний лікарський препарат. Істотною позитивною стороною «тіней» клітин як носіїв є їхня повна сумісність із організмом пацієнта, оскільки цей носій виготовляють на основі клітин, виділених із крові пацієнта, і повертають їх йому ж з новим вмістом. Завдання введення лікарського препарату в клітини можуть бути вирішені шляхом створення контейнерів-переносників типу ліпосом або міцел. Оболонка ліпосоми являє собою одношарову або багатошарову поверхню, утворену, у свою чергу, бішаровою структурою. Гідрофобні кінці якої злипаються між собою й утворюють плівку, обидві сторони якої гідрофільні. Ліпосома, специфічно або неспецифічно адсорбувавшись на клітині, може бути поглинена нею шляхом фагоцитозу, і фермент усередині вивільняється.

Добре відомо, що протеїнази, розщеплюючи денатуровані білки, сприяють очищенню ран, і отже, їхньому загоєнню. У цьому напрямку в клінічній практиці за допомогою іммобілізованих протеїназ зроблено багато чого. Як носії для іммобілізації протеолітичних ферментів найбільше використовуються волокнисті матеріали на основі целюлози, полівінілового спирту, солей альгінової кислоти, поліамідне й колагенове волокно. Із них виготовляють нитки, у які при формуванні включають фермент і використовують їх як шовний матеріал. Порівняльний аналіз дії нативних й іммобілізованих протеїназ (в основному хімотрипсину, трипсину, колагенази) показав, що вже на 2 – 4-й день рана очищається від некротичних мас і принаймні вдвічі швидше наступає грануляція. Переконливі результати отримані при лікуванні трофічних виразок, променевих виразок шкіри. Особливо ефективні іммобілізовані протеїнази при передопераційній підготовці й після пластичних операцій. Іммобілізовані протеолітичні ферменти з великим успіхом застосовуються в лікуванні гнійних захворювань легенів і плеври.