37. Использование генетических методов в биотехнологии.

Неотъемлемым компонентом в п-се создания наиболее ценных и активных продуцентов является их селекция. А генеральным путем селекции является сознательное конструирование генома на каждом этапе отбора нужного продуцента. В развитии микробных технологий важную роль играют методы, базирующиеся на селекции спонтанно возникающих измененных вариантов, у которых присутствуют нужные признаки. Используется ступенчатая селекция: на каждом этапе из популяции отбираются наиболее активные варианты (спонтанные мутанты), из которых на следующем этапе еще более эффективные штаммы.

П-с селекции наиболее эфф. Продуцентов знатчительно ускоряется при использовании метода индуцированного мутагенеза.

В качестве мутагенных воздействий применяются УФ, рентгеновское и гамма-излучения, хим. в-ва и др. Недостаток: трудоемкость и недостаток сведений о характере изменений.

Таким образом, тенденцией сегодняшнего дня является сознательное конструирование штаммов микроорганизмов с заданными свойствами на основе фундаментальных знаний о генетической организации и молекулярно-биологических механизмах осуществления основных функций организма.

В.39. Получение продуцентов путем ступенчатого отбора случайных мутаций и отбор мутантов с заданным фенотипом

Выделив более продуктивный вариант, процедуру мутагенеза и отбора повторяют. Т.е. проводят ступенчатый отбор. Обычно ступенчатый отбор вкл-т эт. мутагенеза, а также выделение спонтанных мутантов. Схема получения продуцентов таким методом имеет вид дерева.

40)Мутации изменяющие экспрессию генов на примере лактозного и триптофанового оперонов

LAC-оперон:

Ген I-даёт белок репрессор, который имеет сродство к промоторной области,т.е. он закрывает ту область ДНК ,мешая движению РНК-полимеразы.

1-область узнавания активатора;2-область узнавания полимеразы;3-оператор;

1,2,3-промотор;4- терминатор(место связывания фактора В

К промотору должна прикрепиться ДНК-зависимая РНК-полимераза.

Lac Z-β-галаксидаза(разрушает дисахарид лактозу до глюкозы и галактозы)

Lac Y-β-галоктозидпермиаза

Lac A-не участвует в утилизации лактозы.

Если лактоза есть в среде:происходит открытие оператора и начинается транскрипция РНК-полимеразы,т.е. утилизация лактозы.При обрботке молока гактозидазой-это молоко можно использовать для питания маленьких детей и людей,которые не могут утилизировать лактозу.

Если убрать терминатор –усилится синтез белка,если убрать оператор-усилится синтез белка.

При наличии в среде и лактозы и глюкозы будет происходить утилизация глюкозы сначала.В промоторной области есть ещё одна часть которая активируется(область узнавания активатора)

Мутации в последовательностях гена-регулятора или оператора приводят в определённых случаях к нарушению либо образования полноценного репрессора,либо нарушение его сродства к оператору.

Триптофановый оперон:с помощью аналога триптофана можно получить устойчивые к ингибирующему действию триптофана мутанты,характеризующиеся повышенной продукцией данной аминокислоты.Генетический анализ показывал,что у таких мутантов повреждён ген-регулятор распологающийся на значительном расстоянии от контролируемых им генов триптофанового оперона.

41. Роль сырья в экономике биотехнологических процессов. Источником природного сырья являются сельское хозяйство и отрасли лесоводства. Получаемые в этих отраслях материалы представляют собой соединения различной химической сложности и включают сахара, крахмал, целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин. Из первичных сырьевых материалов в процессе производства тех или иных продуктов традиционными методами получается огромное число разнообразных побочных продуктов, которые в силу достаточно высокой питательной ценности могут использоваться в биотехнологических процессах.

Наиболее подходящим и доступным, чтобы служить питательным субстратом для биотехнологических процессов, является сырье, используемое в производстве сахара - сахарная свекла и сахарный тростник. Однако в настоящее время в мире традиционное использование сахара постепенно снижается, и он заменяется более эффективными подсластителями. Складывающаяся ситуация на мировом сахарном рынке будет способствовать поискам его нового применения, и многие страны тропических областей испытают существенный экономический коллапс, если исчезнет сахарный рынок. Существенную значимость представляют крахмалосодержащие сельскохозяйственные продукты, включающие различные злаки, такие, как кукуруза, рис, пшеница, картофель, различные корнеплоды, сладкий картофель и маниока. Некоторым недостатком крахмала является то, что до использования в качестве питательного субстрата он обычно должен быть разрушен до моносахаридов или олигосахаридов путем ферментативного переваривания или гидролиза. Тем не менее в настоящее время с определенным успехом разрабатываются перспективные биотехнологические процессы, основанные на использовании данного полисахарида. Полисахарид целлюлоза, являющийся ценным источником энергии и углерода. Однако необходимым условием подготовки данного материала к использованию в качестве биотехнологического сырья является ее гидролиз до простых водорастворимых сахаров (глюкозы, целлобиозы). Наибольшие сложности встречаются при попытках утилизации древесины, в которой целлюлоза находится в комплексе с гемицеллюлозой и лигнином. Лигноцеллюлозные комплексы характеризуются очень высокой степенью устойчивости к природным силам биодеградации. Именно это свойство и обусловливает долговечность деревьев и, естественно, построек из дерева, поскольку деревья состоят главным образом из лигноцеллюлозы. Лигноцеллюлоза является наиболее распространенным и возобновляемым природным сырьем, доступным человеку практически во всех странах мира. Однако существуют технологические трудности, прежде чем окажется экономически выгодным использование этого энергетически богатого соединения. Необходимы процессы предварительной обработки. Чистая целлюлоза может быть довольно легко разрушена путем химического или ферментативного гидролиза до растворимых сахаров, которые затем легко подвергаются ферментации (сбраживанию) микроорганизмами с образованием этанола, бутанола, ацетона, одноклеточного белка (SCP), метана и многих других продуктов. Распространенным источником углерода и энергии являются компоненты нефти и газа. Наилучшим субстратом из компонентов нефти являются н-алканы (особенно жидкие) с числом углеродных атомов от 10 до 20. Их могут утилизировать большинство бактерий и дрожжи. Однако и нефть, и газ также истощаются. Поэтому биотехнологии ориентируются на возобновляемые источники сырья. Большое внимание уделяется различным видам растительной массы: плоды, соки, клубни, травяная масса и упоминавшаяся выше древесина. Используются также отходы сельского хозяйства, деревообрабатывающей и бумажной промышленности, а также многих отраслей пищевой промышленности. Возможность использования перечисленных сырьевых материалов является основой создания безотходных производств.

Поэтому многие полагают, что в качестве доступного и, по-видимому, относительно дешевого сырья для биотехнологии окажутся различные побочные продукты одних биотехнологических процессов для других. Например, на отходах микробиологического производства этанола можно с успехом культивировать кормовые дрожжи. Или же при получении биомассы путем выращивания дрожжей на гидролизатах растительного сырья на фильтратах можно осуществлять биосинтез грибного белка. Либо на биомассе одного микроорганизма выращивать другие виды.