Шпаргалка по "Биотехнология"

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.

 

 

 

 

27) При хемостатном режиме культивирования саморегулируемая

система возникает в силу следующих причин: если первоначальное

поступление свежей питательной  среды и вымывание биомассы

превышает скорость деления  клеток, то в результате разбавления

культуры снижается концентрация веществ, ограничивающих ростовые

процессы и скорость роста  культуры повышается; увеличивающаяся

популяция начинает активнее "выедать" субстрат, что в свою очередь

приводит к торможению роста культуры. Конечным итогом этих

процессов является (после  серии затухающих колебаний) установление

равновесия между скоростью  роста культуры и ее разбавлением.

 

 

Турбидостатный режим культивирования базируется на прямом

контроле концентрации биомассы. Наиболее распространенным методом

ее определения является измерение светорассеивания с помощью

фотоэлементов. Повышение  концентрации клеток и соответственно

оптической плотности  автоматически ускоряет проток жидкости и

наоборот. По своей конструкции  турбидостаты отличаются от хемостатов

лишь системами контроля скорости протока.

Хемостаты применяются в процессах, характеризующихся малым

протоком, когда концентрация клеток изменяется незначительно с

изменением скорости протока, что облегчает саморегулировку системы.

Область использования турбидостатов – высокие скорости разбавления,

обусловливающие быстрое  и резкое изменение концентрации биомассы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28) Иммобилизованные ферменты

-искусственно получаемые  препараты ферментов, молекулы  к-рых ковалентно связаны с полимерным носителем, в результате чего значительно повышается их устойчивость к денатурирующим воздействиям.

Гетерогенный (иммобилизованный) катализатор легко отделить от реакционной среды, что обусловливает:

• возможность остановки реакции в любой нужный момент;

• повторное использование катализатора;

• получение конечного продукта, не загрязненного ферментом.

Последний момент весьма важен  при производстве пищевых и медицинских  продуктов. Применение иммобилизованного  катализатора позволяет проводить  ферментный процесс непрерывно и  регулировать скорость реакции, а также  изменять количество получаемого продукта в соответствии с изменениями  скорости протока реакционной смеси. Иммобилизация или некоторая  модификация фермента может обусловить изменения и некоторых его  свойств (специфичность взаимодействия с субстратом; зависимость каталитической активности от рН, ионного состава  и других параметров среды, а также  его стабильность по отношению к различного рода денатурирующим воздействиям). Иммобилизация ферментов дает возможность регулировать их каталитическую активность за счет изменения свойств носителя. Для иммобилизации ферментов используются также различные типы неорганических носителей, таких, как создаваемые на основе силикагеля, глины, керамик, природных минералов, металлов и их оксидов. На практике для иммобилизации ферментов используют рутинные физические и химические методы. Все существующие методы физической иммобилизации (т. е. иммобилизации, при которой фермент не соединяется с носителем ковалентными связями) могут быть подразделены на четыре основные группы:

• адсорбция на поверхности нерастворимого носителя (или как

иногда говорят матрикса);

• включение в поры геля;

• пространственное разделение фермента от остальной части реакционной смеси с помощью полупроницаемой мембраны;

• введение фермента а двухфазную реакционную среду, в которой он растворим, но может находиться только в одной из фаз. не всегда существует возможность проведения четкой границы между различными способами иммобилизации.

 

 

 

29) Методы дезинтеграции клеток.

Разрушение клеток проводится физическими, химическими и ферментативными  методами. Наибольшее промышленное значение имеют физические способы дезинтеграции: 1) ультразвуком; 2) лопаточными или вибрационными дезинтеграторами - метод, обычно используемый в пилотных и промышленных установках; 3) встряхиванием со стеклянными бусами; 4) продавливанием через узкие отверстия под высоким давлением; 5) раздавливанием замороженной массы; 6) растиранием в специальных ступках; 7) с помощью осмотического шока; 8) многократным замораживанием и оттаиванием; 9) сжатием клеточной взвеси с последующим резким снижением давления (декомпрессией).

Физические способы дезинтеграции  отличаются большей экономичностью в сравнении с другими методами, однако они характеризуются отсутствием  выраженной специфичности,  вследствие чего обработка может отрицательно влиять на качество получаемого целевого продукта. Мягкое и избирательное  разрушение клеточной стенки обеспечивается применением химических и ферментативных методов. Так, бактериальные клетки разрушаются лизоцимом в присутствии  ЭДТА (этилен-диаминтетрауксусной кислоты), а клеточные стенки дрожжей зимолиазой улитки или ферментами грибного либо актиномицетного происхождения. Клеточные стенки микроорганизмов могут быть разрушены путем обработки толуолом или бутанолом. Элективный лизис клеток вызывается воздействием ряда антибиотиков: полимиксин, новобиоцин, нистатин и др. Кроме того, к аналогичным результатам приводит обработка клеток некоторыми поверхностно-активными веществами.

После дезинтеграции клеток необходимо избавляться от их "обломков", для чего используют те же методы, что  и при сепарации, т.е. центрифугирование  или фильтрацию. Однако в связи  со структурой обрабатываемого материала  в данном случае приходится применять  более скоростные центрифуги и фильтры  с меньшим диаметром пор (в  большинстве случаев используются мембранные фильтры). Обычно в большинстве  биотехнологических процессов "обломки" клеток выбрасывают как отходы, но возможно и их специальное получение  в виде целевого продукта.

 

 

 

 

 

 

 

 

30) Биотехнология как межотраслевая область научно-технического прогресса и раздел практических знаний. Связи биотехнологии с биол., хим., технич. и другими науками

Биотехнология –  междисциплинарная  область  научно-технического

прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических

знаний  и  призванная  к созданию  новых биотехнологических  процессов,

которые  в  большинстве  случаев  будут  осуществляться  при  низких

температурах,  требовать небольшого (меньшего)  количества  энергии и

будут  базироваться  преимущественно  на  дешевых  субстратах,

используемых в качестве первичного сырья.

Биотехнология  включает  многие  традиционные  процессы,  давно 

известные  и давно используемые  человеком.  Это пивоварение,

хлебопечение,  изготовление  вина,  производство  сыра,  приготовление 

многих    восточных  пряных  соусов,  а  также  разнообразные  способы 

утилизации  отходов.  Во  всех  перечисленных процессах  использовались биологические объекты (пусть даже без достаточных знаний о них) и все эти  процессы на  протяжении  многих  лет  совершенствовались,  правда эмпирически. Начало этого этапа биотехнологии теряется в глубине веков и он продолжался примерно до конца XIX в.  Работы  великого  французского  ученого Луи Пастера (1822–1895) заложили  фундамент практического использования достижений

микробиологии  и  биохимии  в  традиционных  биотехнологиях (пивоварение,  виноделие,  производство  уксуса)  и  ознаменовали  начало нового,  научного  периода  развития  биотехнологии.  Для  этого  периода  характерно  развитие  промышленной  биотехнологии,  в  особенности  ферментационных  процессов  в  промышленных  масштабах.  Были разработаны  стерильные  процессы  производства  путем  ферментации ацетона,  глицерина.  Интенсивно  изучаются  основные  группы микроорганизмов –  возбудителей  процессов  брожения,  исследуются  биохимические  особенности  данных  процессов.  После  открытия Александром  Флемингом  пенициллина  разрабатываются  процессы  и аппараты  для  глубинного  культивирования  продуцентов,  что  резко удешевило производство данного  антибиотика, и он  стал доступным  для широкого  использования  в  клинической  практике  во  время  второй мировой войны. После  войны быстрыми темпами развивались  процессы ферментации для производства антибиотиков, стероидных гормонов, а  в 1961 г. возник журнал «Биотехнология  и  биоинженерия»  и  снова  термин «биотехнология»  стал  применяться  для  обозначения  процессов,  которые относили к области промышленной микробиологии. 

Однако  термин «биотехнология»  в  большей  степени  стал ассоциироваться  с  новым  этапом  развития  этой  науки,  начало  которому положено  в 1973  г.,  когда  Стэнли  Коэн  и  Герберт  Бойер  получили рекомбинантные  плазмиды  и произвели трансформацию ими клеток E.coli.  В течение четырех лет после открытия  рекомбинантных  ДНК-технологий  появились штаммы  бактерий,  продуцирующие инсулин и человеческий  гормон  роста. Это привело к притоку инвестиций  в новые компании. В настоящее время в США только микробная (основанная  на культивировании генетически модифицированных  микроорганизмов) биотехнология представлена 1300 компаниями, насчитывающими 153 000 служащих, с годовым доходом 19,6млрд долл. и с продажами 13,4 млрд долл.  В Канаде 282  компании  с годовым доходом 1,1  млрд  долл.,  В Японии с годовым доходом 10,0 млрд долл., в Европе 1178 компаний (45

000  служащих)  с  годовым   доходом 3,7 млрд  долл.  Основные  продукты, получаемые  с помощью микроорганизмов и рекомбинантных  ДНК-технологий – животные  пептиды,  такие как гормоны,  факторы роста, ферменты, антитела и биологические модификаторы иммунного ответа. По  приблизительной оценке,  общемировая рыночная  стоимость растениеводческой продукции,  полученной  на  основании ДНК-технологий,  достигнет к 2010  г. 30–40  млрд.  долларов. Мировой рынок биотехнологической  продукции составляет  ежегодно  около 150  млрд. долл. Вполне  обоснованно предполагать,  что скорость  практического использования биотехнологических достижений в меньшей степени будет определяться научными  и техническими  условиями,  а больше  будет зависеть  от  таких факторов,  как капиталовложения  заинтересованных отраслей промышленности, улучшение технологических схем, рыночных

ситуаций  и  экономичности  новых  методов  по  сравнению  с  недавно внедренными технологиями иного типа. Отрасли  промышленности,  с  которыми  будет  конкурировать  биотехнология,  включают  изготовление  пищи  для  людей  и  животных, создание  и  производство  новых  материалов,  призванных  заменить изготовляемые  с  помощью  нефтехимии,  создание  альтернативных источников  энергии,  разработку  технологии  безотходных  производств, контроль  и  устранение  загрязнений  и сельское  хозяйство.  Конечно,

биотехнология  революционизирует  и  многие  разделы  медицины,

ветеринарии и фармацевтической промышленности. Вышеизложенное  однозначно  предполагает  рассмотрение биотехнологии  как  межотраслевой  дисциплины,  основанной  на применении  многопрофильной  стратегии (различных  подходов)  для решения различных проблем. Биотехнология  применяет  методы,  заимствованные  из  химии, микробиологии,  биохимии,  молекулярной  биологии,  химической технологии и компьютерной техники с целью создания новых  разработок, развития  и  оптимального  использования  процессов,  в  которых каталитические  реакции  играют фундаментальную  и  незаменимую  роль. Главная  причина  успехов  биотехнологии   кроется  в  разительных успехах  и  быстром  прогрессе  молекулярной  биологии,  в  частности  в разработке  технологии  рекомбинантных молекул  ДНК. С  помощью  этой технологии  оказалось  возможным  непосредственно  манипулировать  снаследственным  материалом  клеток,  получая новые сочетания полезных признаков и способностей.  Возможности этих  технических приемо вкоторые  впервые были  разработаны в лабораториях,  вскоре  оказались вполне  приемлемыми в промышленных  условиях.  Однако,  несмотря  на определенные,  а порой и весьма  значительные  выгоды,  которые несет технология  рекомбинантных  молекул,  постоянно следует учитывать возможные опасности,  связанные с вмешательством человека  в природу

 

 

 

 

 

31. Требования, предъявляемые к  питательным субстратам , использующимся в биотехнологических процессах

Питательные  среды  для  выращивания  объектов  биотехнологии,  т. е.

продуцентов  тех  или  иных  соединений,  могут  быть  неопределенного

состава  и  включать  различные  биогенные  добавки (растительные,

животные или микробные) – мясной экстракт, кукурузную муку, морские 

водоросли  и  т.  п.  Применяются  также  среды  из  чистых  химических

соединений определенного  состава, так называемые синтетические.

Компонентный  состав  сред  определяется  питательными

потребностями продуцента. Во многих процессах используют  в  качестве