Шпаргалка по "Биотехнология"

 

 

 

 

47)В начале 70-х годов традиционная биотехнология как научная дисциплина была не слишком известна; исследования в этой области в основном проводились в отделах инженерной химии и иногда в рамках социальных микробиологических программ. В историческом смысле биотехнология возникла тогда, когда дрожжи были впервые использованы при производстве пива, а бактерии - для получения йогурта. Термин «биотехнология» был придуман в 1917 году Карлом Эреки для описания процесса крупномасштабного выращивания свиней с использованием в качестве корма сахарной свеклы. По определению Эреки, биотехнология -  это все виды работ, при которых их сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты. В 1961 год биотехнология оказалась четкой и необратимо связана с исследованиями в области промышленного производства товаров и услуг при участии живых организмов, биологических систем и процессов и стала на прочный фундамент микробиологии, биохимии и химической инженерии.

Промышленный биотехнологический процесс, в котором для производства коммерческих продуктов используются микроорганизмы, обычно состоит из 3 ключевых этапов:

• Исходная обработка: обработка сырья таким образом, чтобы его можно было использовать, как источник питательных веществ для микроорганизма-мишени
• Ферментация и биотрансформация: рост микроорганизма-мишени в большом (обычно более 100 литров) биореакторе с последующим образованием нужного метаболита, например, антибиотика, аминокислоты или белка.
• Конечная обработка: очистка нужного вещества от компонентов культуральной среды или от клеточной массы.

Целью биотехнологических исследований является максимальное повышение эффективности  каждого из этих этапов и поиск  микроорганизмов, с помощью которых  можно получить нужные вещества (пищевые  добавки, антибиотики и так далее). С развитием технологии рекомбинантных ДНК природа биотехнологии изменилась окончательно и бесповоротно. Появилась  возможность оптимизировать этап биотрансформации более прямым путем, создавать, а не просто отбирать высокопродуктивные штаммы, использовать микроорганизмы и эукариотические клетки как биологические фабрики для производства инсулина, интерферона, гормона роста, вирусных антигенов и множества других белков. Технология рекомбинантных ДНК позволяет получать в больших количествах ценные низкомолекулярные вещества и макромолекулы, которые в естественных условиях синтезируются в минимальных количествах. Растения и животные стали естественными биореакторами, продуцирующими новые или измененные генные продукты, которые никогда не смогли бы быть созданы методами мутагенеза и селекции или скрещивания. Наконец, эта новая технология способствует развитию принципиально новых методов диагностики и лечения различных заболеваний.

На стыке технологии рекомбинантных ДНК и биотехнологии возникла новая область исследования, динамичная и высококонкурентоспособная,- молекулярная биотехнология. Эта молодая дисциплина, как и молекулярная технология, в  период своего становления весьма амбициозна. Заявляемые ей притязания не всегда соответствуют реальным возможностям. Её стратегия и экспериментальная база претерпевают быстрые изменения, одни подходы всё время вытесняются другими, но несомненно одно - в будущем молекулярная биотехнология станет рутинным методом создания живых систем, обладающих новыми функциями и возможностями.

 

 

 

48) 49)молекулярная биотех. растений и животных Биотехнология растений – одно из основных направлений биотехнологии. Ее основная цель заключается в создании новых сортов растений, штаммов и разновидностей микроорганизмов, использование биологических процессов и организмов в производстве, в частности, для синтеза в промышленных масштабах кормовых белков, биологически активных веществ, аминокислот, в том числе и для нужд медицины. Речь идет о современной биотехнологии, поскольку сама по себе биотехнология (как технология получения продуктов, содержащих живые организмы) существует довольно давно и является основой сельского хозяйства. Для нового этапа развития биотехнологии характерно использование в культивировании клеток высших растений и животных клеточных органелл, ферментных и мультиферментных систем, искусственных форм жизни, созданных посредством генной и клеточной инженерии.Биотехнология растений имеет три основных направления:-    технологии, которые основываются на использовании культуры клеток, тканей и организмов растений. -    ДНК-технологии – молекулярно-генетические методы анализа растений.-    получение трансгенных растений.Технология рекомбинантных ДНК (ее называют также молекулярным клонированием или генной инженерией) – это совокупность экспериментальных процедур, позволяющая осуществлять перенос генетического материала (дезоксирибонуклеиновой кислоты) из одного организма в другой. Никакого единого, универсального набора методик здесь не существует, но чаще всего эксперименты с рекомбинантной ДНК проводят так: из организма – донора нужных генов – экстрагируют нативную ДНК (клонируемая ДНК, встраиваемая ДНК, ДНК-мишень, чужеродная ДНК), подвергают ее ферментативному гидролизу (расщепляют, разрезают) и соединяют (лигируют, сшивают) с другой ДНК (вектор для клонирования, клонирующий вектор) с образованием новой, рекомбинантной молекулы (конструкция "клонирующий вектор–встроенная ДНК"). Эту конструкцию вводят в клетку-хозяина (реципиент), где она реплицируется и передается потомкам. Этот процесс называется трансформацией. Идентифицируют и отбирают клетки, несущие рекомбинантную ДНК (трансформированные клетки). Получают специфический белковый продукт, синтезированный клетками-хозяевами, что служит подтверждением клонирования искомого гена. Предпосылками к созданию технологии рекомбинантных ДНК послужили многие открытия в области молекулярной биологии, энзимологии нуклеиновых кислот и молекулярной генетики бактериальных вирусов и внехромосомных элементов бактерий (плазмид). Конструирование рекомбинантных молекул осуществляется с помощью целого арсенала ферментов – обязательного и незаменимого инструмента практически всех этапов этого сложнейшего процесса.Вводя в геном растений чужеродные гены и обеспечивая их экспрессию, можно относительно быстро создавать новые сорта растений. Уже получены трансгенные растения, устойчивые к неблагоприятным условиям окружающей среды, к насекомым-вредителям, вирусам, гербицидам, окислительному и солевому стрессам. Выведены культуры с необычной окраской цветков, растения, имеющие более высокую пищевую ценность, растения с измененным вкусом плодов и т.д. Некоторые растения удалось модифицировать так, что они стали своеобразными фабриками по крупномасштабному синтезу ценных белков, например антител. Многочисленные трансгенные растения с измененными свойствами и повышенной пищевой ценностью прошли успешную проверку в лабораторных, а некоторые из них – в полевых условиях. К настоящему времени на рынок поступило лишь небольшое число генетически модифицированных растений, однако можно с уверенностью сказать, что в будущем они займут на нем достойное место.Генетическая модификация животных при помощи технологии рекомбинантных ДНК (трансгеназа) основана на введении клонированного гена в геном клетки, которая могла бы дать начало клеткам зародышевой линии. Скрещивая трансгенных потомков, появившихся в результате такой операции, можно получить гомозиготные линии трансгенных животных. Большинство исследований в этой области проводилось на мышах. Обычно для этого с помощью микроинъекции вводили клонированный ген в оплодотворенную яйцеклетку мыши, имплантировали ее в реципиентную самку и проверяли потомство на наличие введенного гена. Чужеродный ген можно вводить в оплодотворенную яйцеклетку мыши и с помощью ретровирусного вектора. Альтернативный подход заключается в выделении мышиных эмбриональных стволовых клеток и трансфекции их клонированным геном. Таким образом были получены мыши, синтезирующие только человеческие антитела. Их использовали в качестве модельных систем для изучения генетических болезней человека (например, болезни Альцгеймера).С помощью аналогичных экспериментальных подходов были получены трансгенные коровы, овцы, свиньи, птицы и рыбы. Есть надежда, что трансгеноз позволит улучшать генотип существующих пород домашнего скота и выводить породы животных с новыми признаками.

 

50) Способность синтезировать антибиотики широко распространена среди различных представителей микробного мира. Связи между таксономическим положением микроорганизмов и способностью синтезировать тот или иной антибиотик нет. Так, микроорганизмы, принадлежащие к одной группе, способны синтезировать самые разнообразные по химическому строению и действию антибиотики, и один и тот же антибиотик может продуцироваться различными микроорганизмами. Продуцентами антибиотиков являются бактерии, актиномицеты, мицелиальные грибы. Описано около 600 антибиотиков, которые синтезируются бактериями.Эти антибиотики по химическому строению принадлежат к полипептидам и низкомолекулярным белкам. Однако в промышленных масштабах выпускается незначительное число антибиотиков бактериального происхождения.

Важнейшие их них: грамицидин (Bacillus brevis), полимиксины (Bac.

polymyxa, Bac. circulans), бацитрацины (Bacillus licheniformis), низины

(Streptococcus lactis).

Самое большое количество (свыше 70 %) антибиотиков, выпускаемых

промышленностью и широко применяемых, синтезируется актиномицетами.

Среди них – антибиотики  различного химического строения, которые  отно-

сят к нескольким группам: а) аминогликозиды – стрептомицин (Streptomyces

griseus), неомицины (Streptomyces fradiae, Str. albogriseolus), канамицины

(Str. kanamyceticus), гентамицины (Micromonospora purpurea) и др.; б) тетра-

циклины – хлортетрациклин (Str. aureofaciens), окситетрациклин (Str.

rimosus); в) актиномицины – большая группа близких по строению препара-

тов, синтезируемых различными микроорганизмами, в том числе

(Streptomyces antibioticus, Str. chrysomallus, Str. flavus); г) макролиды – эрит-

ромицин (Streptomyces erythreus), олеандоимицин (Str. antibioticus), магнами-

цин (Str. halstedii), филипин (Str. filipensis); д) анзамицины – стрептоварици-

ны (Str. spectabilis), рифамицины (Nocardia mediterranea), галамицины

(Micromonospora halophytica), нафтамицин (Str. collinus) и др.

Мицелиальные грибы также синтезируют достаточно большое количе-

ство антибиотиков (около 1200). Наиболее известны среди них следующие:

пенициллины (Penicillium chrysogenum, P. brevicompactum, Aspergillus flavus,

Asp. nidulans), цефалоспорины (Cephalosporium acremonium), фумалгин

(Aspergillus fumigatus), гризеофульвин (Penicillium nigricans, P. griseofulvum),

трихоцетин (Trichthecium roseum).

Синтез антибиотиков микробными клетками – это специфический  про-

цесс обмена веществ, возникший и закрепленный в процессе эволюции орга-

низма. Каждый микробный вид способен образовывать один или несколько

вполне определенных антибиотических  веществ. Выделенные из природных

источников, так называемые «дикие» штаммы обладают низкой антибиоти-

ческой активностью. В  промышленности применяют в качестве продуцентов

штаммы, которые по сравнению  с исходными штаммами обладают повы-

шенной на 2–3 порядка антибиотической активностью. Это достигается, как

и во многих других биотехнологических процессах, двумя способами: гене-

тическими усовершенствованиями организмов и оптимизацией условий фер-

ментации.

Антибиотики –  это вторичные продукты обмена микроорганизмов,

(идиолиты). Характерной особенностью развития продуцентов антибиоти-

ческих веществ является ярко выраженная двухфазность: в первой фазе раз-

вития микроорганизмов происходит накопление биомассы, во второй – син-

тез антибиотика. При этом очень важно создать условия  ферментации, адек-

ватные этой двухфазности с учетом ингибирующего действия антибиотика

как продукта обмена на продуцент.

51. Микробные  биотехнологии в пищевой промышленности (спирт,молочные продукты)

 

 

52. ДНК технологии в медицине  и криминалистике

Современные биология и биохимия интенсивно используют методы, основанные на рекомбинантной ДНК технологии. Рекомбинантная ДНК  — искусственно созданная человеком  последовательность ДНК, части которой  могут быть синтезированы химическим путём, с помощью ПЦР (полимеразная цепная реакция) или клонированы  из ДНК различных организмов. Рекомбинантные ДНК могут быть трансформированы в клетки живых организмов в составе  плазмид или вирусных векторов. Генетически модифицированные животные и растения обычно содержат рекомбинантные гены, встроенные в их хромосомы. В то время как генетически модифицированные бактерии и дрожжи используются для производства рекомбинантных белков, животные используются в медицинских исследованиях, а растения с улучшенными пищевыми качествами — в сельском хозяйстве.

днк технология в судебно-медицинской экспертизе 
Судмедэксперты используют ДНК в крови, сперме, коже, слюне или волосах, обнаруженных на месте преступления для обнаружения преступника. Процесс идентификации называется генетический фингерпринтинг более точно, определение профиля ДНК. В фингерпринтинге сравниваются вариабельные ДНК генома, например, короткие тандемные повторы и минисателлитные последовательности разных людей. Это очень надёжный метод определения преступников, хотя определение может быть затруднено при загрязнении сцены преступления ДНК других людей.

Фингерпринтинг был изобретён в 1984 британским генетиком Алеком Джеффрейс (Alec Jeffreys) и впервые был использован как доказательство в суде над Колином Питчфорком (Colin Pitchfork) в деле, где он был обвинён в убийстве и изнасиловании.

В настоящее время во многих западных странах, например, Великобритании у  преступников, обвинённых в преступлениях  некоторых типов, забирается образец  ДНК для базы данных. Это помогло  обнаружить виновных в ранее нераскрытых  преступлениях, поскольку ДНК сохраняется  на вещественных доказательствах. Ещё  этот метод используется для определения  личности в случае массовой гибели людей.