Биотехнология как наука. История. Современная БТ. Перспективы развития. Клеточная инженерия. Слияние протопластов

1.  Биотехнология как наука. История.

Биотехнология (БТ) – направление научно-технического прогресса, использующее биообъекты и биопроцессы для целенаправленного воздействия на человека и окруж.среду и в целях получения полезных продуктов.

Этапы развития: 1. Допастеровский (до 1865г),2. Послепастеровский (1886-1940)-вакцины, анатоксин, сыворотки, ацетон. 3. Период антибиотиков (1941-1960)- антибиотики. 4. Управляемый биосинтез (1961-1975)- аминокислоты, витамины. 5. Новый период (с 1975 г по н.в.)(делится на 3 этапа: 1. Сентер установил структуру 5-инсулина, Уотсон и Крик – структура ДНК, Ниренберг-расшифровка генетического кода.; 2. Определение аминокислотной последовательности белков=>создан атлас белка (>500 белков), быстрый метод анализа ДНК; 3. Синтез биополимеров по установленным структурам; Инакура – синтез генного соматропина и инсулина, затем они были введены в Кишечной палочке=>первые инженерные продукты)

Направления БТ: медициское (лечение онкологии, АБ-терапия, иммунология, вакцины и сыворотки, диагностикумы и т.д.), продовольственное, промышленное, аграрное, энергетическое, экологическое, научное.

Взаимосвязь с др.предметами: биология, микробиология, молекулярная биология, генетика, технич.науки, инженерно-технологическая и производственная базы.

2.  Современная БТ. Перспективы развития

В н.в. БТ стремительно выдвигается на передний план научно-технического прогресса. Этому способствует 2 обстоятельства: бурное развитие молекулярной биологии и генетики; быстрая практическая потребность в новых технологиях, призванных ликвидировать нехватку продовольствия, энергии, улучшить состояние здравоохранения и охраны окружающей среды. Перспективы развития БТ определяются совершенствованием, повышением эффективности и автоматизацией традиционных биотехнологических процессов.  Перспективы связаны с разработкой совершенно новых процессов. Они включают в себя отрасли, в которых БТ способна заменить традиционные технологии. Например, обеспечение длительного хранения продуктов, производство пищевых приправ, полимеров, сырья для текстильной промышленности и др. БТ будет востребована в отрасли, где наука играет ведущую роль(производство продуктов питания (крупномасштабное выращивание дрожжей, водорослей, бактерий для получения белков, амино- и органических кислот, витаминов, ферментов); повышение продуктивности с/х культур (клонирование и отбор разновидностей растений на основе тканевых культур in vitro, биоинсектициды); фармацевтическая промышленность (производство вакцин, биосинтез АБ, гормонов, интерферонов, производство ЛС на основе культур клеток растений); уменьшение загрязнения окруж.среды (очистка сточных вод, переработка отходов и побочных продуктов с/х и промышленности))

Во всем мире интенсивно проводятся БТ исследования, сопровождаемые конкуренцией: интерфероном занимается 95 фирм, соматотропином – 38=>конкуренция. Номенклатура ЛС включает 33 фармакотерапевтические группы.

3.  Клеточная инженерия. Слияние протопластов. Живот.клетки, гибридом

Клеточная инженерия – культивирование растит.клеток в качестве продуцентов, ценных для медицины веществ на искуст.питат.средах. Основана на свойстве растений-толипотентности (способность отдельных растит.клетки, выращенной в культуре ткани давать целое растение). В культуре кл.обнаружены традиционные для растений вещ-ва вторичного метаболизма, новые соединения: алкалоиды, терпеноиды, гликозиды, полисахариды, эфир.масла, пептиды. Культивируемые в суспензии клетки могут применяться как мультиферментные системы, способные к биотрансформации химич.вещ-в. Использование актив.ферментов культивируемых клеток раст.важно для получения более ценного продукта из натурального или синтетич.предшественника. Применяется в БТ производстве микробиологическое получение десятков видов соединений-аминокислот, антибиотиков, белков, витаминов, липидов, ферментов и т.д. Для БТ нужны высопродуктивные штаммы микроорганизмов. Для отбора используют тонкие манипуляции с генетическим материалом: конъюгацию, трансдукцию, трансформацию, соматическую гибридизацию – слияние(фузия), которая происходит когда у клеток, потенциальных продуцентов немного повреждают клеточ.мембраны. растительные, грибные и бактериальные клетки перед слиянием освобождают от клеточ.стенки, получая протопласты – ограниченные мембраной цитоплазматические образования, несущие внутриклеточные органоиды и характеризующиеся структурной целостностью и способностью осуществлять активный метаболизм. Соматическая гибридизация – используются клетки тела (сома) растений, из которых изолируют протопласты, слияние протопластов=>образование гибридов или цибридов (цитоплазма обоих партнеров, ядро одно)(используется лизоцим-для бактериальных клеток, улиточный фермент – для клеток грибов, целлюлозы – для клеток растений)=>получение генетических рекомбинантов у тех м/о, у которых нет своей системы обмена наследственной информации  и которые в естественных условиях не скрещиваются между собой. Это метод слияния протопластов.

Получение культуры клеток (для растений) путем выращивания их в виде каллусной культуры или суспензионной ферментации биореактора в жидкой среде.

Гибридонная технология (для клеток животных) цель-обессмертить клетку, продуцирующую ценные вещ-ва путем слияния с раковой клеткой и клонирование полученной гибридомной клетки. Применяется и к живым клеткам, где получаются продуценты гормонов