- •1. Введение
- •1. Допастеровская эра (до 1865 г.).
- •2. Послепастеровская эра (1866 – 1940 гг.).
- •3. Эра антибиотиков (1941-1960 гг.).
- •4. Эра управляемого биосинтеза (1961 – 1975 гг.).
- •5. Эра новой биотехнологии (после 1975 г.).
- •Вопросы для самоконтроля
- •2. Живая клетка – основа биологических систем
- •Эндоплазматический ретикулум (эр)
- •Аппарат Гольджи
- •Цитоплазматический матрикс
- •Клеточные органеллы
- •Хлоропласты
- •Клеточная стенка
- •3. Общая характеристика организмов – объектов биотехнологии
- •Эукариоты. Водоросли
- •Принципы подбора биотехнологических объектов
- •Вопросы для самоконтроля
- •4. Основы генетики микроорганизмов
- •Репликация
- •Синтез белка
- •Регуляция генной активности
- •Изменчивость
- •Генетическая рекомбинация
- •Плазмиды
- •Вопросы для самоконтроля
- •5. Метаболизм и принципы его регуляции
- •Анаболизм и катаболизм
- •Углеводы как источник энергии
- •Анаэробное дыхание
- •Брожение
- •Молочнокислое брожение
- •Спиртовое брожение
- •Маслянокислое брожение
- •Аминокислоты как источник энергии
- •Липиды как источники энергии
- •Двууглеродные соединения как источники энергии
- •Рост микроорганизмов на углеводных средах, спиртах, органических кислотах, углеводородах, с1-соединениях
- •Вопросы для самоконтроля
- •6. Ассимиляция у автотрофных и гетеротрофных организмов
- •Биосинтез углеводов
- •Поглощение света и возбуждение пигментов.
- •Биосинтез нуклеиновых кислот
- •Синтез пуриновых нуклеотидов:
- •Регуляция метаболизма
- •Первичные метаболиты
- •Производство аминокислот.
- •Производство органических кислот.
- •Производство спиртов.
- •Производство витаминов.
- •Вторичные метаболиты
- •Антибиотики.
- •Вопросы для самоконтроля
- •7. Питание микроорганизмов
- •Механизм поступления веществ в клетку
- •1) Пассивная диффузия.
- •4) Перенос (транслокация) групп.
- •1.Фотолитотрофия.
- •2. Фотоорганотрофия.
- •3. Хемолитотрофия.
- •4. Хемоорганотрофия.
- •Потребности микроорганизмов в дополнительных питательных веществах
- •Минеральные элементы.
- •Ростовые вещества.
- •Вопросы для самоконтроля
- •8. Рост, размножение и культивирование микроорганизмов
- •Рост бактериальной клетки
- •Размножение бактерий
- •Размножение бактериальной популяции
- •Непрерывные культуры
- •Синхронные культуры
- •Вопросы для самоконтроля
- •9. Подготовка биологических объектов для биотехнологического процесса
- •Гибридизация микроорганизмов
- •1. Получение генов.
- •2. Введение гена в вектор.
- •3. Перенос генов в клетки организма-реципиента.
- •4. Идентификация клеток-реципиентов, которые приобрели желаемый ген (гены).
- •Генетическая инженерия и конструирование новых организмов
- •Улучшение продуцентов, используемых в производстве, методами генетической инженерии
- •Клеточная инженерия
- •Получение гибридных клеток
- •Возможности клеточной инженерии
- •Культуры тканей и клеток высших растений
- •Культуры клеток животных и человека
- •Трансплантация эмбрионов
- •Гибридомная технология
- •Вопросы для самоконтроля
- •10. Культивирование биологических объектов
- •Принципы действия и конструкции биореакторов
- •Системы перемешивания и аэрации
- •1. Аппараты с механическим перемешиванием.
- •2. Аппараты с пневматическим перемешиванием.
- •3. Аппараты с циркуляционным перемешиванием.
- •Лабораторные, пилотные и промышленные биореакторы: проблемы масштабирования
- •Биотехнологические процессы и аппараты периодического и непрерывного действия
- •Периодические процессы.
- •Специализированные типы биотехнологических процессов и аппаратов Анаэробные процессы.
- •Твердофазные и газофазные процессы.
- •Поверхностные процессы.
- •Вопросы для самоконтроля
- •11. Словарь терминов
- •12.Список использованной литературы
http://sdb.su/svalka/page,52,529-vvedenie-v-biotexnologiyu.html
Е.Н. Музафаров, М.А. Чепурнова
Введение в биотехнологию
Содержание
1. Введение
2. Живая клетка – основа биологических систем
3. Общая характеристика организмов – объектов биотехнологии
4. Основы генетики микроорганизмов
5. Метаболизм и принципы его регуляции
6. Ассимиляция у автотрофных и гетеротрофных организмов
7. Питание микроорганизмов
8. Рост, размножение и культивирование микроорганизмов
9. Подготовка биологических объектов для биотехнологического процесса
10. Культивирование биотехнологических объектов
11. Словарь терминов
12. Список используемой литературы
Предисловие
Учебное пособие «Введение в биотехнологию» создано на основе курса лекций «Основы биотехнологии», который читают авторы студентам кафедры биотехнологии Тульского государственного университета. В связи с тем, что кафедра выпускает специалистов-биотехнологов, т.е. по сути инженеров биотехнологического профиля, авторы взяли на себя смелость в своем лекционном курсе усилить биологическую составляющую. Поэтому основная цель пособия – дать представление о живой клетке, об обменных процессах, происходящих в ней. В книге дана общая характеристика организмов – объектов биотехнологического процесса, даны основы генетики микроорганизмов, генной и клеточной инженерии. Рассмотрены вопросы роста, размножения и культивирования микроорганизмов. Ключевым направлением биотехнологии является интенсификация производственных процессов. Поэтому в пособии показаны пути использования новых высокопродуктивных биологических объектов и применения эффективных технологических режимов. Даны принципы работы ферментационных аппаратов и приведены образцы применяемого оборудования. Информация, полученная студентом, даст ему представление о том, как подобрать оптимальный субстрат, освоить конструкцию аппарата, оптимизировать условия культивирования биообъекта, обеспечить автоматический контроль за протеканием процесса и т.д. Поэтому пособие предназначено как для биотехнологов, так и в целом для студентов биологических специальностей.
1. Введение
Биотехнология как наука является важнейшим разделом современной биологии, которая стала в конце XX в. одним из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике. Эта наука использует живые организмы и биологические процессы в практических интересах человека. Термин «биотехнология» появился в начале 70-х годов ХХ века, однако до сих пор среди ученых нет единого определения.
В традиционном, классическом, понимании биотехнология (от греч. bios – жизнь, teken – искусство, мастерство, logos – наука) - это наука о методах и технологиях производства, транспортировки, хранении и переработки различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов.
Люди выступали в роли биотехнологов тысячи лет: пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, другие молочнокислые продукты, используя различные микроорганизмы, даже не подозревая об их существовании. Однако разработка методов генетической и клеточной инженерии поставили биотехнологию на новый уровень, качественно отличающийся от прежнего возможностью сознательно управлять клеточными процессами. Эти методы открывают возможность не только улучшения продуктов и уже освоенных процессов, но дают оригинальные способы получения новых, ранее недоступных веществ.
Новейшая биотехнология – это наука о генно- и клеточно-инженерных методах и технологиях создания и использования генетически модифицированных растений, животных и микроорганизмов в целях интенсификации производства и получения новых, а также традиционных видов продуктов различного назначения.
В биотехнологии, как в никакой другой области знаний, интегрируются наука и производство. Охарактеризовать науку «биотехнология» лучше всего следующими словами: «Нет и еще тысячу раз нет: я не знаю такой науки, которую можно было бы назвать прикладной. Есть наука и есть области ее применения, и они связаны друг с другом, как плод с взрастившим его деревом» (Пастер, 1871; цитата взята из Revue Scientifique).
Биотехнология как наука возникла на стыке биологических, химических и технических наук. Биотехнологические методы включают микробиологический синтез, генную инженерию, клеточную и белковую инженерию, инженерную энзимологию, культивирование клеток микроорганизмов, растений и животных, методы слияния клеток. Значительные успехи, достигнутые во второй половине ХХ века в фундаментальных исследованиях в области биохимии, молекулярной биологии, генетики, явились мощным импульсом для развития биотехнологии.
Биотехнологический процесс включает ряд этапов:
- подготовка объекта;
- культивирование;
- выделение целевого продукта;
- очистка его;
- модификация;
- использование продуктов.
Многоэтапность процесса обуславливает необходимость привлечения к его осуществлению самых различных специалистов.
Биотехнология находится в тесной взаимосвязи с рядом научных дисциплин, в большинстве случаев реализуя их практическое применение (рис. 1).
Рис. 1. Связь биотехнологии с другими науками
Использование методов молекулярной биологии дает возможность определить структуру генома, понять механизм экспрессии генов, смоделировать клеточные мембраны с целью изучения их функций и т.д. Конструирование нужных генов методами генной и клеточной инженерии позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми полезными для человека свойствами, ранее не наблюдавшимися в природе. Микробиологическая промышленность в настоящее время использует тысячи штаммов различных микроорганизмов. В большинстве случаев они улучшены путем индуцированного мутагенеза и последующей селекции. Это позволяет вести широкомасштабный синтез различных веществ. Некоторые белки и вторичные метаболиты могут быть получены только путем культивирования клеток эукариот. Растительные клетки могут служить источником ряда соединений - атропин, никотин, алкалоиды, сапонины и др. Клетки животных и человека также продуцируют ряд биологически активных соединений, в частности, клетки гипофиза - липотропин, стимулятор расщепления жиров, и соматотропин - гормон, регулирующий рост. Созданы перевиваемые культуры клеток животных, продуцирующие моноклональные антитела, широко применяемые для диагностики заболеваний. В биохимии, микробиологии, цитологии несомненный интерес вызывают методы иммобилизации как ферментов, так и целых клеток микроорганизмов, растений и животных. В ветеринарии широко используются такие биотехнологические методы, как культура клеток и зародышей, овогенез in vitro, искусственное оплодотворение. Все это свидетельствует о том, что биотехнология стала источником не только новых продуктов питания и медицинских препаратов, но и получения биоэнергии и новых химических веществ, а также организмов с заданными свойствами.
Голландский ученый Е. Хаувинк (1984 г.) предложил разделить историю развития биотехнологии на пять периодов.