Раздел 3. Биологические агенты в биотехнологии

Тема 9. Штаммы-продуценты: природа, свойства, особенности, требования, получение, применение (2 часа)

Студент должен знать: типы, применяемых в биотехнологии биологических агентов – штаммов-продуцентов; виды их биохимической деятельности, особенности биологии и методов культивирования в биотехнологических процессов, методы получения штаммов-продуцентов, принципы подбора и критерии, предъявляемые к ним.

Студент должен уметь: подбирать и характеризовать основные методы выращивания штаммов-продуцентов на основе их биологических особенностей.

Содержание темы: Основные биологические  объекты, используемые в биотехнологии. Особенности вирусов, бактерий, грибов, водорослей, клеток высших растений, клеток животных. Культура тканей и клеток высших растений и животных. Ферменты как объекты биотехнологии. Микроорганизмы – продуценты первичных и вторичных метаболитов. Получение чистых культур клеток и тканей. Принципы подбора биотехнологических объектов для осуществления различных процессов и целевых продуктов.

Требования, предъявляемые к промышленным штаммам микроорганизмов и др. биотехнологическим объектам. Современные методы создания и усовершенствования промышленных штаммов микроорганизмов.

Основные стадии выращивания организмов-продуцентов и получение биотехнологической микробной продукции. Технология культивирования продуцентов ферментов. Способы получения посевного материала для поверхностного и глубинного культивирования. Влияние условий культивирования на рост микроорганизмов. Получение посевного материала. Требования, предъявляемые к посевному материалу. Предферментация.

Рекомендуемая литература по теме:

Основная:

1. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии. Учебн. пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 208 с.

2. Егоров Н.Е. Введение в биотехнологию. М.: МГУ. 2002. с.

Дополнительная:

1. Бекер М.Е., Лиепинш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. М.: Агропромиздат. 1990.

2. Биотехнология / отв. ред. А.А. Баев. – М.: Наука, 1984. – 310 с.

3. Биотехнология: Уч. пособ. Для вузов. В 8 кн./ Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. – М.: Высш. шк. , 1987. – 159 с.

4. Виестур У.Э., Шмите И.А., Жилевич А.В. Биотехнология: биотехнологические агенты, технология, аппаратура. Рига: "Зинатне", 1987.

5. Евтушенков А. Н., Фомичев Ю. К. Введение в биотехнологию: Курс лекций. – Минск: БГУ, 2002. – 105 с.

6. Елинов Н. П. Основы биотехнологии. – СПб.: Издательская фирма «Наука», 1995. – 600 с.

Тема 10. Основы генетической инженерии (4 часа)

Студент должен знать: базисные понятия генетической инженерии, необходимые для осмысления биотехнологического производства;

Студент должен уметь: излагать основные этапы генно-инженерных работ.

Содержание темы: История развития генетической инженерии. Основные характеристики генетического аппарата у прокариот и эукариот. Понятия о генной, геномной и хромосомной инженерии. Плазмиды и коньюгация. Трансформация. Бактериофаги и трансдукция (генерализованная и специализированная). Применение транспозонов. Получение и слияние протопластов. Генная инженерия in vitro (технология рекомбинантных ДНК). Ферменты генной инженерии. Основные этапы генно-инженерных работ (выделение генов, включение генов в состав вектора, перенос генов в клетки-реципиенты, амплификация и экспрессия клонируемых гомологичных и гетерологичных генов. Методы идентификации и изоляции клонов с рекомбинантной ДНК. Локализованный и сайт-специфический мутагенез. Суперпродуценты и проблема стабильности векторов. Секреция чужеродных белков. Конструирование штаммов – продуцентов первичных метаболитов. Конструирование штаммов – продуцентов инсулина и интерферонов человека.

Рекомендуемая литература по теме:

Основная:

1. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии. Учебн. пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 208 с.

2. Егоров Н.Е. Введение в биотехнологию. М.: МГУ. 2002. с.

Дополнительная:

1. Бейли Д., Оллис Д. Основы биохимической инженерии, в 2-х частях. М.: "Мир", 1989.

2. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. – М.: Мир, 2002. – 589 с.

3. Сельскохозяйственная биотехнология. Учебное пособие /Под ред. В.С. Шевелухи. М.: «Высшая школа», 2003.

4. Синклер М., Берг П. Гены и геномы. М.: «Мир», т.1, 2, 1998.

Самостоятельная работа (6 часов): Познакомиться с методами создания с помощью методов генетической инженерии продуцентов новых лекарственных веществ. Дать физико-химическую характеристику внехромосомным генетическим элементам – плазмидам с точки зрения их функций у микроорганизмов, используемых в биотехнологических процессах. Выявить механизмы взаимодействия плазмид с геномом хозяина, роль плазмидной и фаговой ДНК в генетическом конструировании продуцентов биологически активных веществ. Выяснить роль транспозонов и их использование в конструировании продуцентов.

Познакомиться с химическим синтезом фрагментов ДНК, гена, методами секвенирования (определения последовательности нуклеотидов). Выявить последовательность операций при включении чужеродного гена в векторную молекулу. Дать понятие компетентные клетки, генетические маркеры.

Познакомиться с проблемами экспрессии чужеродных генов в микроорганизмах. Гены животной клетки; экзоны, нитроны. Обеспечение возможности экспрессии генов млекопитающих в микробной клетке. Способы преодоления барьеров на пути экспрессии чужеродных генов. Стабилизация чужеродных белков (целевых продуктов) в клетке. Генетические методы, обеспечивающие выделение чужеродных белков в среду.

Микроорганизмы различных систематических групп: дрожжи, эубактерии, актиномицеты и др. как хозяева при экспрессии чужеродных генов. Специфические проблемы генетической инженерии при создании новых продуцентов белковых веществ, первичных и вторичных метаболитов как целевых биотехнологических продуктов.

Рекомендуемая литература для самостоятельной работы:

1. Бекер М.Е., Лиепинш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. М.: Агропромиздат. 1990

2. Биотехнология / отв. ред. А.А. Баев. – М.: Наука, 1984. – 310 с.

3. Биотехнология: Уч. пособ. Для вузов. В 8 кн./ Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. – М.: Высш. шк. , 1987. – 159 с.

4. Виестур У.Э., Шмите И.А., Жилевич А.В. Биотехнология: биотехнологические агенты, технология, аппаратура. Рига: "Зинатне", 1987.

5. Воробьева Л.И. Техническая микробиология. М.: МГУ. 1987.