- •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
Возможности клеточной инженерии
1. Скрещивание филогенетически отдаленных форм живого. В настоящее время получены межвидовые гибриды табака, картофеля, петунии; стерильные межродовые гибриды картофеля и томата; межвидовые и межродовые гибриды дрожжей; гибриды грибов и бактерий.
2. Получение ассиметричных гибридов, несущих полный набор генов одного из родителей и частичный набор другого родителя. Как правило, такие гибриды возникают при слиянии клеток организмов, филогенетически удаленных друг от друга. Ассиметричные гибриды более устойчивы, плодовитее и жизнеспособнее, чем симметричные.
3. Гибридизация клеток, несущих различные программы развития, - слияние клеток различных тканей или органов, слияние нормальных клеток с клетками, имеющими злокачественное перерождение. В результате получаются гибридомные клетки – гибридомы,наследующие от нормальной родительской клетки способность к синтезу того или иного полезного соединения, а от злокачественной – способность к быстрому росту.
Культуры тканей и клеток высших растений
В основе биотехнологии клеток растений лежит их способность существовать и размножаться in vitro, тотипотентность и регенерация.
Основные направления клеточной биотехнологии растений:
1) продуцирование ценных для медицины, парфюмерии и др. отраслей промышленности вторичных метаболитов: алкалоиды, стероиды, гликозиды, флавоноиды, гормоны, эфирные масла и др. Как правило, вторичные вещества получают из каллусной ткани (недифференцированные вакуолизированные клетки, растущие хаотично и образующие клеточную массу). Продуктивность культивируемых клеток значительно превышает продуктивность целых растений. Кроме того, это дает возможность использовать растения, не произрастающие в наших природных условиях и получать продукцию целый год.
2) Использование культуры изолированных тканей для размножения и оздоровления посадочного материала – метод клонального микроразмножения растений. Метод позволяет получать от одной меристемы сотни тысяч растений в год.
3) Использование изолированных клеток в селекции растений для получения быстрорастущих растений, устойчивых к различным неблагоприятным факторам среды: засуха, засоление, низкие и высокие температуры, фитопатогены, тяжелые металлы и др. создание новых растений путем слияния изолированных протопластов и получения неполовых (соматических) гибридов.
Создание культур растительных клеток стало возможным после разработки соответствующей среды и режимов культивирования. Питательная среда должна включать все необходимые растениям макро- и микроэлементы, витамины, углеводы, фитогормоны. В зависимости от соотношения гормонов можно индуцировать рост побегов и корневой системы. Ауксины стимулируют рост корней, цитокинины – образование конуса роста и побегов, гиббериллины способствуют растяжению стебля. Если отношение ауксинов к цитокининам высокое, образуются корни, если низкое - побеги.
Протопласты растений впервые были получены в 1971 г. Регенерация растений из протопластов осуществляется либо через эмбриогенез, либо через развитие каллуса с дальнейшей индукцией морфогенеза. Овладение техникой регенерации растений из протопластов позволяет сделать более эффективной селекцию на уровне клеток. Например, если клетки обработать мутагеном и поместить в неблагоприятные условия, то выживут только мутанты, устойчивые к этим условиям. Таким способом были получены растения, устойчивые к возбудителям картофельной гнили, фитофторы, к гербицидам и др.
Методом слияния протопластов можно переносить гены устойчивости к болезням или др. гены в одном приеме, что при обычной гибридизации можно сделать либо за десятилетия, либо вообще невозможно из-за филогенетической отдаленности. Слияние протопластов может происходить спонтанно, но более успешно оно осуществляется при использовании индуцирующих факторов. Это могут быть химические факторы, например, полиэтиленгликоль) или физические (переменное электрическое поле).
Кроме того, протопласты можно использовать для введения в них ДНК или органелл других клеток (рис. 46).
Рис.46. Схема соматической гибридизации
Работы по переносу органелл и ДНК только начинают развиваться. В целом использование изолированных протопластов в генетической реконструкции клетки открывает перспективы перед клеточной селекцией.