Основные цели биотехнологии. Промышленный биотехнологический процесс. Ферментация и биотрансформация

Основы биотехнологии

Лекция №1

Биотехнология

-это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве.

bios –жизнь;

teken –искусство;

logos -слово, учение, наука

Биотехнология занимается производством коммерческих продуктов, образуемых микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности

По К. Эреки: Биотехнология -это все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты.

Основные цели биотехнологии

• решить проблему голода;
• создать эффективные средства лечения людей и защиты окружающей среды;
• предложить альтернативные экологически чистые технологии с низкой энергоемкостью и высокой степенью утилизации сырья в сельском хозяйстве, металлургии, энергетике и других отраслях.

Сущность биотехнологии состоит в широком использовании живых организмов, биологических продуктов и биотехнологических систем в производственной сфере.

Биотехнология помогает расщепить продукты на отдельные компоненты -углеводы, жиры, белки и перерабатывать их в новые вещества.

Генная инженерия позволяет создавать новые живые организмы, улучшать свойства существующих, придавая им те или иные необходимые человеку качества.

В соответствии с определением Европейской Федерации Биотехнологов (ЕФБ, 1984)

Биотехнология базируется на интегральном использовании биохимии, микробиологии и инженерных наук в целях промышленной реализации способностей микроорганизмов, культур клеток тканей и их частей.

Биотехнология непосредственно связана с

• общей биологией;
• микробиологией;
• ботаникой;
• зоологией;
• анатомией и физиологией;
• биологической, органической, физической и коллоидной химией;
• иммунологией;
• биоинженерией;
• электроникой;
• технологией лекарств;
• генетикой и другими научными дисциплинами.

Объекты биотехнологии

• Микроорганизмы;
• Клеточные линии насекомых, растений, млекопитающих;
• Вирусы насекомых, растений, млекопитающих;
• Многоклеточные организмы
• (растения и животные ).

Промышленный биотехнологический процесс

Сырье

Исходная обработка

Ферментация и биотрансформация

Конечная обработка

Конечный продукт

Цель биотехнологического исследования

-максимальное повышение эффективности каждого из этапов биотехнологического процесса и поиск микроорганизмов, с помощью которых можно получить нужные вещества (витамины, антибиотики, аминокислоты, пищевые добавки и т.д.).

Для оптимизации биотрансформации используются стратегии:

1. Стратегия «индуцированного мутагенеза и селекции» (направлена на усовершенствование штамма-продуцента);

2. Технологии рекомбинантных ДНК (оптимизация этапа биотрансформации более прямым и быстрым путем, посредством создания высокопродуктивных штаммов микроорганизмов.

Практический выход биотехнологии

I. Восполнение дефицита белка

• ►создание высокоурожайных культур сельскохозяйственных растений;
• ► значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур путем создания растений, устойчивых к вредителям, грибковым и вирусным инфекциям, а также вредным воздействиям окружающей среды;
• ► создание высокопродуктивных пород сельскохозяйственных и других животных с yлучшeнными наследуемыми признаками;

2. Восполнение дефицита энергии

► создание новых источников энергии;

3. Предотвращение опасных заболеваний

► диагностика, профилактика и лечение инфекционных и генетических; заболеваний (диагностические методы, вакцины, лекарственные препараты);

► создание микроорганизмов, продуцирующих различные химические соединения: антибиотики, аминокислоты, полимеры, ферменты.

4. Охрана окружающей среды

► переработка отходов, загрязняющих окружающую среду;

5. Эффективность использования природных ресурсов

Систематика объектов биотехнологии

• Систематика (таксономия) -распределение (классификация) организмов по группам (таксонам) в соответствии с определенными признаками, а также установление родственных связей между ними.
• Номенклатура -система наименований, применяемых в определенной области знаний.
• В биноминальной номенклатуре, предложенной К.Линнеем, научное название представлено двумя латинскими названиями (первое -род, второе -вид)
• Например: Brevibacterium flavum
• В классификации для группировки родственных организмов используют следующие таксономические категории: вид (species), род (genus), семейство (familia), порядок (ordo), класс (classis), отдел (divisio), царство (regnum).

• Вид- основная таксономическая единица, представляет
• собой совокупность особей одного генотипа,
• обладающих хорошо выраженным
• фенотипическим сходством.
• Штамм -различные культуры микроорганизмов
• одного и того же вида, выделенные из различных
• природных сред или из одной и той же среды, но
• в различное время. Штамм обычно состоит из
• непрерывного ряда культур и часто происходит из
• одной колонии.
• Культура -совокупность (популяция) клеток, состоящая из
• особей одного вида в данном месте в данное время
• (в этой пробирке, в этой колбе и т.д.).
• Клон -это культура, полученная из одной клетки.

Живые организмы

прокариоты

эукариоты.

Структурные различия:

1. наличие или отсутствие ядра, содержащего хромосомную ДНК

Клетки прокариот не имеют оформленного ядра, а имеют нуклеоиды - эквивалент ядра, в которых сосредоточен генетический материал прокариот (ДНК).

В зависимости от стадии развития клетки нуклеоид может быть либо дискретным (прерывистым, состоящим из отдельных форменных структур), либо в виде хроматиновой сети ядерного вещества, дисперсно распределенного в цитоплазме.

Клетки эукариот имеют настоящее ядро. Генетический материал эукариот окружен двойной мембраной (ядерной оболочкой