Шпаргалка по "Биотехнология"

группами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

. Биотехнология  производства "одноклеточного" белка.  Продуценты белка

Недостаток питания.25% людей голодает.30-35 млн тонн белка в недостатке.Не биотех:новые сорта злаков,соя,земляной орех.Определенные успехи достигнуты в получении белка с помощью микробного синтеза. Это направление получило название производства одоклеточного белка (SСP), поскольку большинство микроорганизмов,используемых для этих целей, растут в виде одноклеточных или мицелиальных (нитевидных) особей, а не как сложные многоклеточные организмы (растения или животные).Преимущества микроорганизмов как продуцентов белка состоят в следующем: микроорганизмы обладают высокой скоростью накопления биомассы, которая в 500–5000 раз выше, чем у растений и животных; микробные клетки способны накапливать очень большие количества белка (дрожжи – до 60%, бактерии – до 75% по массе); в микробиологическом производстве вследствие высокой специфичности микроорганизмов отсутствует многостадийность процесса; а сам процесс биосинтеза осуществляется в мягких условиях при температурах 30–45° С, рН 3–6 и давлении около 0,1 МПа. Помимо всего прочего,микробиологический путь получения богатой белком биомассы менее трудоемкий по сравнению с получением сельскохозяйственной продукции и органическим синтезом белка. Вследствие ограниченной способности человека деградировать нуклеиновые кислоты, прежде чем использовать одноклеточный протеин в качестве пищевого продукта, он должен подвергаться специальной обработке.Представляющие существенное коммерческое значение как источники энергии материалы (нефтегаз, метанол, этанол, метан и н-         алканы) привлекают внимание биотехнологов как субстраты ряда биотехнологических процессов, главными участниками которых являются бактерии и дрожжи.

Одноклеточный белок на отходах

снижению загрязнения  и созданию пищевого белкового препарата.

Привлекательность растительных отходов, содержащих углеводы, состоит

низкой стоимости

небольшом количестве операций

. Субстратами для организмов-

продуцентов служат: меласса (Sacharomyces cerevisiae), молочная

сыворотка в производстве сыра (Kluyeromyces fragilis), отходы

крахмального производства с использованием двух видов дрожжей

(Endomycopsis fibuligera и Candida utilis

 Pekilo, представляющий

собой грибной белок, получаемый путем  ферментации углеводов мелассы,

молочной сыворотки, отходов фруктов, гидролизатов древесины или

сельскохозяйственного сырья

 (горох, бобы,

отруби и т. п.) служат объектами  микробной переработки (гидролиз

крахмала и белков) с целью  получения продуктов улучшенного  качества

(например, улучшение аромата продукта, обогащение его белком и

аминокислотами).

Одноклеточный белок из

сельскохозяйственного сырья

растения специально для применения в качестве субстрата

 маниока, сахарный тростник  и некоторые виды

пальм могут явиться перспективным  сырьем, которое подвержено

быстрым ферментативным обработкам с достаточно высоким

экономическим эффектом. Если лигноцеллюлоза окажется способной

легко и экономически выгодно утилизироваться  какими-нибудь

микрорганизмами, то большинство районов мира получат готовые

питательные субстраты, пригодные  для различных биотехнологических

процессов. Одноклеточный белок из водорослей

7) Принципы масштабирования технологических процессов:лабораторные,пилотные и промышленные ферменторы.  Чаще  встречаются  аппараты  с  объемами  ферменторной камеры: 0,5–100 л (лабораторные), 100-5000 л (пилотные) и 5000–1000000 л и более (промышленные).  На  каждом  этапе увеличения  масштаба ферментации (процесса) – масштабном  переходе (масштабировании биотехнологического процесса) – решаются конкретные задачи отработки (налаживания) производства и его оптимизации. Лабораторные  ферменторы  по  устройству  и форме напоминают промышленные и подразделяются на те же типы. Правда, в лабораторных масштабах наиболее  часто применяются аппараты  с механическим перемешиванием По принципу теплообмена и стерилизации они делятся на  две  категории.  К  первой  относятся  лишенные  собственных  систем   теплообмена и стерилизации. Такие аппараты, по сути дела, представляют собой  камеры  для  культивирования,  помещаемые  в  водяные  бани  и стерилизуемые  в  автоклавах.  Аппараты  второй  категории  снабжены системами  теплообмена  и  стерилизации,  принципиально  не отличающимися от таковых промышленных установок. С  помощью  лабораторных  биореакторов  решаются  следующие задачи: 1) кинетические – определение скорости роста клеток, эффективность утилизации субстратов и образования целевого продукта; 2)  некоторые массообменные – расчет  коэффициентов массопередачи, скорость поступления в среду О2 и других газов, скорость освобождения  от  газообразных  продуктов,  образующихся  при культивировании продуцентов (в первую очередь СО2); 3)  определение коэффициентов реакций,  связывающих утилизируемые субстраты и О2  с получаемыми целевым и побочными продуктами. Пилотные  установки используют  для поиска (отсюда  и название) наиболее  целесообразных  технологий  и в общих чертах  моделирование промышленного процесса. Поэтому на данном этапе стараются применять тот тип аппарата, который предполагается использовать в промышленном масштабе. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8) Гибридомы-средства диагностики и лечения.

Наиболее перспективным  направлением клеточной инженерии  являет-

ся гибридомная технология. Гибридные клетки (гибридомы) образуются в

результате слияния клеток с различными генетическими программами, на-

пример, нормальных дифференцированных и трансформированных клеток.

Блестящим примером достижения данной технологии служат гибридомы,

полученные в результате слияния нормальных лимфоцитов и  миеломных

клеток. Эти гибридные  клетки обладают способностью к синтезу  специфиче-

ских антител, а также к неограниченному росту в процессе культивирования.

В отличие от традиционной техники получения антител, гибридомная

техника впервые позволила  получить моноклональные антитела (антитела,

продуцируемые потомками  одной-единственной клетки). Моноклональные

антитела высокоспецифичны, они направлены против одной антигенной де-

терминанты. Возможно получение нескольких моноклональных антител на

разные антигенные детерминанты, в том числе сложные макромолекулы.

Моноклональные антитела в промышленных масштабах получены срав-

нительно недавно. Как известно, нормальная иммунная система способна в

ответ на чужеродные агенты (антигены) вырабатывать до миллиона различных

видов антител, а злокачественная  клетка синтезирует только антитела одного

типа. Миеломные клетки быстро размножаются. Поэтому культуру, получен-

ную от единственной миеломной клетки, можно поддерживать очень долго.

Однако невозможно заставить  миеломные клетки вырабатывать антитела к

определенному антигену. Эту  проблему удалось решить в 1975 году Цезарю

Мильштейну. У сотрудников Медицинской научно-исследовательской лабо-

ратории молекулярной биологии в Кембридже возникла идея слияния клеток

мышиной миеломы с В-лимфоцитами  из селезенки мыши, иммунизированной

каким-либо специфическим  антигеном. Образующиеся в результате слияния

гибридные клетки приобретают  свойства обеих родительских клеток: бес-

смертие и способность секретировать огромное количество какого-либо одно-

го антитела определенного типа. Эти работы имели огромное значение и от-

крыли новую эру в экспериментальной  иммунологии.

В 1980 году в США Карло  М. Кроче с сотрудниками удалось создать

стабильную, продуцирующую антигены, внутривидовую человеческую гиб-

ридому путем слияния В-лимфоцитов миеломного больного с перифериче-

скими лимфоцитами от больного с подострым панэнцефалитом.

Основные этапы получения  гибридомной техники следующие. Мышей

иммунизируют антигеном, после этого из селезенки выделяют спленоциты,

которые в присутствии полиэтиленгликоля сливают с дефектными опухоле-

выми клетками (обычно дефектными по ферментам запасного пути биосин-

теза нуклеотидов –  гипоксантина или тиамина). Далее  на селективной среде,

позволяющей размножаться только гибридным клеткам, проводят их отбор.

Питательную среду с растущими гибридомами тестируют на присутствие ан-

тител. Положительные культуры отбирают и клонируют. Клоны инъецируют

животным с целью образования  опухоли, продуцирующей антитела, либо на-

ращивают их в культуре. Асцитная жидкость мыши может содержать до 10–

30 мг/мл моноклональных антител.

Гибридомы можно хранить в замороженном состоянии и в любое время

вводить дозу такого клона  в животное той линии, от которой  получены клет-

ки для слияния. В настоящее время созданы банки моноклональных антител.

Антитела применяют в  разнообразных диагностических и терапевтических

целях, включая противораковое лечение.

9. Методы отделения  биомассы.

1. Флотация. Метод используется  в том случае, если клетки продуцента  в силу низкой смачиваемости накапливаются в поверхностных слоях содержимого биореактора. Особые устройства (флотаторы) различной конструкции удаляют образующуюся  при культивировании пену вместе с прилипшими к пузырькам газа клетками. Повышение эффективности отбора биомассы достигается вспениванием жидкости с последующим отделением ее верхнего слоя механическим путем. Достоинствами метода является его экономичность, высокая производительность и возможность использования в непрерывных процессах.

2. Фильтрация. Различны применяемые  в настоящее время фильтрующие  системы (барабанные, ленточные,  тарельчатые фильтры, карусельные  вакуум-фильтры, фильтры-прессы, мембранные  фильтры) основаны на одинаковом  принципе - задержке биомассы на  пористой фильтрующей перегородке.  Недостатком способа является  налипание клеток на фильтре,  слой которых снижает скорость  протока жидкости в процессе  фильтрования. Для фильтров непрерывного  действия предусматриваются системы  автоматической очистки от биомассы, забивающей поры

3. Центрифугирование.

Данный способ требует  более дорогостоящего оборудования, чем фильтрование, поэтому он применяется если: а) суспензия фильтруется слишком медленно; б) возникает необходимость максимального освобождения культуральной жидкости от содержащихся в ней частиц; в) требуется обеспечить непрерывный процесс сепарации, когда фильтры рассчитаны на периодическое действие. Центрифугирование и фильтрация в некоторых биотехнологических процессах осуществляется в комбинации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10) Использование достижений генной инженерии в производстве белков для медицины и пищевой промышленности

Генная инженерия –  это сумма методов, позволяющих  переносить гены из одного организма  в другой, или – это технология направленного конструирования  новых биологических объектов. Методы генной инженерии преобразуют клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих  в "фабрики" для масштабного  производства любого белка. Это дает возможность детально анализировать  структуру и функции белков и  использовать их в качестве лекарственных  средств. В настоящее время кишечная палочка (E. coli) стала поставщиком таких важных гормонов как инсулин и соматотропин. Ранее инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. 100г -800-1000кг -200-250грамм. Инсулин состоит из двух полипептидных цепей А и В длиной 20 и 30 аминокислот. При соединении их дисульфидными связями образуется нативный двухцепочечный инсулин.не дает побочных эффектов,  по биологической активности от него не отличается. Соматотропин гормон роста человека, секретируемый гипофизом. Недостаток этого гормона приводит к гипофизарной карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на 1 кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупного материала, из одного трупа: 4 6 мг соматотропина в пересчете на конечный фармацевтический препарат

 На технологии рекомбинантных  ДНК основано получение высокоспецифичных  ДНК-зондов, с помощью которых  изучают экспрессию генов в  тканях, локализацию генов в хромосомах, выявляют гены, обладающие родственными  функциями (например, у человека  и курицы). ДНК-зонды также используются  в диагностике различных заболеваний.  Технология рекомбинантных ДНК  сделала возможным нетрадиционный  подход "белок-ген", получивший  название "обратная генетика". При таком подходе из клетки  выделяют белок, клонируют ген  этого белка, модифицируют его,  создавая мутантный ген, кодирующий  измененную форму белка. Полученный  ген вводят в клетку. Таким  способом можно исправлять дефектные  гены и лечить наследственные  заболевания Технология рекомбинантных  ДНК использует следующие методы: специфическое расщепление ДНК  рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами; быстрое секвенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им; конструирование рекомбинантной ДНК; гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНК или ДНК с большей точностью и чувствительностью; клонирование ДНК: амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введение фрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий; введение рекомбинантной ДНК в клетки или организмы.