- •1. Определение биотехнологии, основные направления. Особенности биотехнологических процессов.
- •2. Краткий исторический очерк развития биотехнологии. Новейший этап биотехнологии. Особенности создания продуцентов нового поколения.
- •3. Задачи биотехнологии в решении проблем здоровья человека и человечества.
- •4. Задачи биотехнологии в решении энергетических проблем: перспективы получения экологически чистых источников энергии.
- •5. Отличия биотехнологических процессов от химических и агротехнических.
- •6. Понятие типовая биотехнологическая система биосинтеза продуктов, характеристика ее основных стадий.
- •7. Продуценты биотехнологических процессов: прокариоты, эукариоты, ферментные препараты, культуры клеток и тканей растений и животных.
- •8. Использование продуцентов прокариот для получения микробных биомасс: вакцин, пробиотиков и пищевых продуктов.
- •10. Особенности и типы метаболизма микроорганизмов, условия культивирования микроорганизмов- автотрофов и гетеротрофов.
- •11. Культивирование клеток животных. Получение гибридов: цели и условия культивирования.
- •12. Цели и методы создания и культивирования суспензионных культур растений. Характеристика протопластов растений: цели и методы получения.
- •13. Цели создания и культивирования культур клеток животных.
- •14. Питательные среды для культивирования микроорганизмов. Жидкофазное и твердофазное культивирование продуцентов.
- •15. Методы определения численности клеток и биомассы продуцентов.
- •16. Аппараты для культивирования микроорганизмов-продуцентов.
- •17. Характеристика процессов ферментации.
- •18. Классификация процессов ферментации по фазе культивирования продуцента.
- •19. Основные и вспомогательные стадии биотехнологического процесса.
- •20. Постферментационная стадия: процессы, выполняемые в постферментационную стадию.
- •31. Оптимизация биотехнологических процессов по методу «крутого восхождения-спуска» Бокса–Уилсона.
- •32. Блочные принцип математического моделирования биотехнологических систем.
- •33. Методы отделения биомассы продуцентов от культуральной жидкости.
- •34. Модели, учитывающие влияние субстрата на рост популяции микроорганизмов: модель Перта, модель Андрюса.
- •35. Модели, учитывающие влияние субстрата на рост популяции микроорганизмов: модель Кобозева, модель Блэкмана, модель Моно.
- •36. Определение факторов оптимизации. Методы математического планирования экспериментов.
- •37. Модели, учитывающие влияние продуктов метаболизма на скорость роста культур.
- •38. Основные характеристики процесса роста продуцентов: скорость роста, время генерации, удельная скорость роста. Рост продуцентов в условиях глубинного и поверхностного культивирования.
- •39. Особенности метаболизма фотоавтотрофов и фотогетеротрофов. Использование в биотехнологии.
- •40. Обобщенная технологическая схема получения биомасс продуцентов. Удельная скорость роста продуцента.
- •45. Характеристика ферментов: строение, каталитическая активность ферментов.
- •47. Характеристика основных способов получения микробных ферментных препаратов.
2. Краткий исторический очерк развития биотехнологии. Новейший этап биотехнологии. Особенности создания продуцентов нового поколения.
Этапы развития БТ:
Допастеровская эра (до 1865г.) – пиво, вино, сыр, хлеб, йогурт, кефир, разного рода ферментированную пищу
Пастеровская эра (1865-1940г.) – стали известны микроорганизмы-продуценты, следовательно, производство этанола, бутанола, ацетона, глицерина, лимонной кислоты, многих вакцин, очистка стоков аэробными микроорганизмами
Эра антибиотиков (1940-1960г.) – пенициллин, стрептомицин и многие другие, технология культивирования клеток животных и получение вирусных вакцин, технология биотрансформации стероидных гормонов.
Постантибиотическая эра (1960-1975г.) – технологии аминокислот, витаминов, микробиологического белка, ферментов и многое другое
Эра новой биотехнологии (после 1975г.). Характеризуется разработкой генной инженерии, которая позволяет целенаправленно изменять геном микроорганизмов, переносить в него свойства, заимствованные из геномов растений и животных. Это позволило создать микробиологическую технологию человеческого инсулина, интерферона, соматропного и ростовых гормонов и многого другого. Создана гибридомная технология, позволяющая получать моноклональные антитела, являющиеся основой для огромного разнообразия диагностических препаратов. Появились так называемые «трансгенные» растения и животные.
Особенности создания продуцентов нового поколения:
Для биотехнологии нужны высокопродуктивные штаммы микроорганизмов. Их создают методами селекции - направленного отбора спонтанных или индуцированных (химическими мутагенами или радиацией) мутантов. В результате селекции производительность продуцентов удается увеличить в сотни или тысячи раз. Отбору высокопроизводительных штаммов предшествуют тонкие манипуляции селекционера с генетическим материалом исходных штаммов. При этом используют весь спектр естественных способов рекомбинирования генов, известных у бактерий: конъюгацию, трансдукцию, трансформацию и другие генетические процессы. Очень часто прибегают к трансдукции (перенос гена из одной бактерии в другую посредством бактериальных вирусов - бактериофагов) и амплификации (увеличение числа копий нужного гена). Еще один подход в генетико-селекционной работе - получение генетических рекомбинантов путем слияния разных штаммов бактерий, лишенных стенок (протопластов). Слияние протопластов позволяет объединять генетические материалы и таких микроорганизмов, которые в естественных условиях не скрещиваются.
3. Задачи биотехнологии в решении проблем здоровья человека и человечества.
Вакцины – специально выращенные болезнетворные микроорганизмы, вирусы и их компоненты, которые после специальной обработки вводят в виде ослабленной или убитой культуры в организм человека и обеспечивают за счет этого создание у него иммунитета к данному заболеванию.
Антибиотики – вещества, получаемые с помощью микроорганизмов-продуцентов, которые действуют против болезнетворгных микроорганизмов.
Витамины. Были найдены микроорганизмы, синтезирующие витамины гораздо быстрее, чем растения. Сейчас с помощью БТ производят витамины В2, В12 и один из процессов в преимущественном синтезе витамина С.
Инсулин. Синтезируется с большой скоростью с помощью микроорганизмов.
Гармон роста. Синтез соматропного гормона из микроорганизмов.
Иммуномодуляторы. Найдены средства (интерфероны и интерлейкины), которые стимулируют иммунную систему безотносительно к типу заболевания. Их синтезируют микроорганизмы с высокой скоростью.
Иммунодепрессанты – для подавления иммунной системы (например, при пересадке органов).
Кровезаменители, например, полиглюкин.
Стероидные гормоны (для лечения диатеза, экземы и др)
Медицинские ферменты. Стрептокиназа – помогает растворять тромбы в кровеносных сосудах. Бета-галактозидаза – помогает усваивать лактозу. Протеаза – для очистки гнойных очагов и лечения ожогов. L-аспарагиназа – для лечения рака.
Коферменты – вещества, которые усиливают деятельность многих собственных ферментов в организме человека.
Медицинские аминокислоты получают ферментативным ращеплением белков. Используются вместо белкового питания.
Подсластители – препараты на основе аминокислот, которые в 200 раз слаще сахара.
Женьшень, произведенный путем культивирования изолированных клеток. (для повышения тонуса человека)
Биоразлагаемые полимеры – используют в хирургии (нити, штифы для соединения костей, пленок и др).
Моноклональные антитела – позволяют определить беременность, предрасположенность к диабету, ревматоидному артриту, устанавливать наследственные заболевания.
Препараты против комаров – микроорганизмы, патогенные для личинок комаров и безвредные для человека и животных.
Нейропептиды – ответственны за сон, боль, память, утовольствие и тд
Косметические токсины – разглаживают морщины и омолаживают лицо.