Вопрос №1. Сырье для биосинтеза и оценка его биологической ценности

ЛЕКЦИЯ 2

СЫРЬЕ В БИОТЕХНОЛОГИИ

Вопросы:

1. Сырье для биосинтеза и оценка его биологической ценности;

2. Возобновляемое растительное сырье. Его характеристика и примеры возобновляемых биотехнологических производств;

3. Оптимизация питательных сред с биотехнологии. Методы оптимизации питательных сред;

4. Культивирование клеток и тканей растений, животных и человека.

ВОПРОС №1. СЫРЬЕ ДЛЯ БИОСИНТЕЗА И ОЦЕНКА ЕГО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ

Сырье для процессов ферментации прежде всего решает проблему формирования питательных сред, в которых должны содержаться необходимые элементы для наращивания биомассы; среда так же является средой обитания микроорганизмов. Если рассматривать биомассу как набор элементов, то он предстанет в следующем виде: углерод (50%), водород (8%), кислород (20%), азот (14%), фосфор (3%) и сера (1%), составляющих до 95 – 97% сухой массы клеток. Кроме того в клетках содержатся 3 – 4% макроэлементов: калий (до 1%), натрий (до 1%), кальций (до 0,5%), магний (до 0,5%), железо (до 0,2%).

Микроэлементы входят в состав биомассы в следовых количествах (до 0,3%), в том числе марганец, кобальт, медь, молибден, цинк, бор и т.д. Повышенные концентрации этих элементов оказывают ингибирующее действие на развитие микроорганизмов, но без их микродоз обойтись нельзя. Витамины требуются для развития многих микроорганизмов ауксогетеротрофов – не способных синтезировать их самостоятельно. Чаще всего необходим комплекс витаминов группы В – тиамин, никотиновая кислота, пантотеновая кислота, пиридоксин, инозит и биотин (последнего недостает чаще всего). Но количество витаминов требуется довольно малое, они могут находиться в натуральном сырье. Потребности микроорганизмов в питании разнообразны, они зависят от физиологии и являются основой рецептуры сред. Универсальных сред нет.

По физическому состоянию среды могут быть твердые, жидкие и сыпучие (увлажненные отруби, зерно, солома, опилки). По составу среду могут быть натуральными или синтетическими. Натуральные среды включают в себя продукты растительного и животного происхождения, сложные и непостоянные по составу. Синтетические среды составляются из определенных химических соединений, обычно из небольшого числа веществ. Они более дороги и менее продуктивны. В них то и необходимо вносить микро- и макроэлементы, а также витамины.

Сырье представляет собой имеющиеся в распоряжении конкретные вещества, чистые или комплексные, которые содержат необходимые питательные компоненты. Они должны быть доступными и не очень дорогими, не содержать вредных примесей. Поэтому на каждый вид используемого сырья должны быть стандарты, определяющие его качество.

Вода – по массе самый значительный вид сырья, хотя и самый дешевый. Многие продукты биотехнологических производств определяются количеством воды (взять хотя бы пиво и вино). Как и к другим компонентам сырья к воде применимы требования.

Вода должна быть биологически чистой (не более 100 микроорганизмов на 1 мл воды), бесцветной, без привкуса и запаха, не должна давать осадок. Сухой остаток после выпаривания не должен превышать 1 г/л, жесткость – не более 7 мг-экв/л. Слишком жесткая вода неблагоприятно влияет на процесс ферментации. По содержанию вредных примесей введены следующие ограничения:

- Свинец – до 0,1 мг/л;

- Мышьяк – до 0,05 мг/л;

- Фтор – до 1,5 мг/л;

- Цинк – до 5 мг/л;

- Медь – до 3 мг/л.

Источники азотного питания

Многие микроорганизмы способны утилизировать источники неорганического азота:

- Сульфат аммония (чаще всего);

- Нитрат аммония;

- Карбамид;

- Аммиачная вода (используется одновременно как источник азотного питания и как титрант).

Часто для процессов ферментации в составе среды требуются органические источники азота, действующим началом которых являются аминокислоты и белки. Сырьем при этом могут быть различные натуральные продукты растительного и животного происхождения.

Кукурузный экстракт – отход крахмально-паточного производства, получающийся путем упаривания жидкости от замачивания («настоя») кукурузных зерен («замочная жидкость») с содержанием сухих веществ не менее 50%. В процессе замачивания происходит ферментативный гидролиз белков кукурузы, вследствие чего около половины азотсодержащих веществ экстракта представляют собой смесь аминокислот, полипептидов и белков. Экстракт – темная, вязкая жидкость, содержащая 6 – 8% общего азота, не более 25% золы. В золу входят фосфор, калий, магний, причем фосфор – до 5%, частично в связанном состоянии в виде фитина. Имеются также витамины группы В (биотин), ростовые вещества и биостимуляторы. Таким образом, кукурузный экстракт представляет собой хорошую смесь различных источников питания, что предопределило его использование во многих рецептурах сред.

Традиционно кукурузный экстракт используется при биосинтезе пенициллина. И хотя его применение имеет недостатки (например, темный пигмент сохраняется на стадиях очистки и его приходится сорбировать в дальнейшем активированным углем), попытки замены этого компонента обычно приводят к снижению продуктивности процесса ферментации.

Соевая мука получается при размалывании соевого зерна, а также соевого жмыха и шрота, образующихся после извлечения соевого масла. В зависимости от этого получается обезжиренная, необезжиренная и полуобезжиренная мука. Бывает еще дезодорированная (обработанная паром) соевая мука, что позволяет ей храниться в течение года. В недезодорированной муке сохраняются ферменты, в связи с чем срок хранения не превышает 1 – 3 месяцев. В соевой муке содержится до 50% протеина и 30% углеводов, так что ее можно использовать и как источник углерода. В состав ее золы (4 – 7%) входят калий, кальций и магний, а также довольно много фосфора. Соевая мука наряду с кукурузным экстрактом является прекрасным источником азотного, углеродного и фосфорного питания. Недостатком соевых сред является сильное пенообразование, а также некоторые трудности выделения продукта из-за наличия твердого осадка.

Выпускают продукт в сельскохозяйственном секторе, где еще не очень налажена культура производства. Например, качество соевой муки в ГОСТе определялось по такому показателю, как «хруст на зубах при разжевывании» (в случае, когда мука имеет механические примеси – песок и т.п.).

Мука семян хлопка содержит 40% протеина и до 30% углеводов. Не ее основе путем определенной переработки готовится среда с фирменным названием «Фарма-медиа», имеющая до 60% белков и 25% углеводов. Эта среда используется для получения антибиотиков.

Мука семян льна содержит 35% протеинов и 40% углеводов.

Арахисовая мука – 45% протеина, 5% жира, 25% углеводов.

Рыбная мука содержит до 65% белков и в некоторых случаях используется как компонент сред.

Кровяная мука является чемпионом по содержанию белка – 80%.

Сухое обезжиренное молоко содержит 35% белка (казеин, сывороточные белки).

Продукты переработки животного сырья (желатин, белкозин).

Дрожжевые автолизаты, ферментолизаты, гидролизаты в высушенном виде содержат до 55% органического азота, в основном в виде смеси органических кислот.

Мясной и рыбный пептоны используются в лабораторных питательных средах. Полная аналогия супа, бульона или студня.

Другие виды сырья

Макро- и микроэлементы

Используются в основном неорганические соли:

- Карбонат кальция

- Сульфат калия

- Хлорид калия

- Сульфат магния

- Сульфат марганца

- Сульфат железа

- Железный купорос

- Сульфат цинка

- Цинковый купорос

- Сульфат меди

- Медный купорос

- Сульфат кобальта

Титранты

Мел позволяет стабилизировать рН без добавления других титрантов. Обычно используют мел химически осажденный, а не природный, особенно в фармацевтической биотехнологии. В качестве титрантов часто применяют кислоты и щелочи.

Пеногасители

Используются различные виды жиров, олеиновая кислота, различные модификации ПАВ: пропинол, лапрол и т.д.

ВОПРОС №2. ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ РАСТИТЕЛЬНОЕ СЫРЬЕ. ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕРЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Возобновляемым называется сырье, полный цикл получения которого можно осуществить за краткий (в шкале человеческой жизни) промежуток времени, не превышающий нескольких лет. Различают первичное возобновляемое сырье (биомасса) и вторичное (отходы сельского хозяйства, деревообработки и ЦБК).

Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в топливо, кормовые и пищевые продукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленности рассматривается в настоящее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии. Одно из направлений этой отрасли предусматривает способы превращения непищевого сырья (отходы целлюлозно-бумажной промышленности и сельского хозяйства) с помощью ферментов и микроорганизмов для получения углеводов и биологически активных веществ.

Ферментативное превращение целлюлозы перспективно не только с точки зрения создания самостоятельных малоотходных технологий, но и с позиции снижения экологической опасности различных производств целлюлозно-бумажной промышленности и других производств, перерабатывающих растительное сырье и образующих большое количество отходов. Ежегодное производство древесины для изготовления бумаги достигает 150 млн. тонн и постоянно возрастает, создавая тем самым мощное давление на окружающую природную среду. Таким образом, невостребованные сырьевые ресурсы для ферментативного получения углеводов из целлюлозы огромны и постоянно возобновляются.

Биоконверсия отходов лесопромышленных предприятий и предприятий переработки сельскохозяйственного сырья (целлолигнина) является новой технологией, не имеющей аналогов в отечественном и зарубежном промышленных производствах. Однако на практике, особенно отечественной, широко распространена технология химической конверсии целлолигнина, преследующая те же цели, что технология биоконверсии - превращение целлюлозы в сахаристые вещества. Технология химической конверсии предполагает перколяционный гидролиз целлюлозосодержащих материалов горячей разбавленной серной кислотой при температуре 150 - 180°С и при избыточном давлении. Основными недостатками процесса перколяционного гидролиза древесины являются образование крупнотоннажного отхода - лигнина и низкое качество гидролизата с точки зрения микробиологического синтеза, а именно наличие в смеси и пентоз, и гексоз, заметных количеств ингибирующих примесей, ограничивает применение гидролизата только производством белково-витаминного концентрата (гидролизные дрожжи). Во всех остальных биотехнологических производствах это сырье оказывается неприемлемым. Тем не менее, производительность гидролизных аппаратов при химической конверсии составляет 6 – 20 г/л в час, что на порядок выше, чем при биоконверсии – 0,5 - 1 г/л в час при одинаковом выходе. Но сравнение обеих технологий по некоторым показателям (качественная характеристика получаемого продукта, отход лигнина и влияние на окружающую природную среду) выдвигает биоконверсию как наиболее перспективную технологию.

Однако, несмотря на многочисленные исследования, в настоящее время ни в одной стране мира пока нет промышленных установок для ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих материалов. Одной из основных причин того, что процесс ферментативного гидролиза целлюлозы пока не удается перевести на промышленный уровень, является отсутствие высокопроизводительных и экономически эффективных аппаратов и технологий для ферментативного гидролиза, сопоставимых с уровнем аппаратов традиционной химической технологии.

Для того чтобы технологии биоконверсии растительного сырья экономически были выгодны для использования их в промышленном производстве, исследователи ориентируются на получение продуктов, которые невозможно получить традиционными химическими технологиями переработки растительного сырья. Описано немало технологий биоконверсии растительного сырья с использованием многостадийных процессов для удешевления нерентабельного процесса ферментативного гидролиза, являющегося основным в технологии биоконверсии. При этом экономическая характеристика той или иной технологии сильно зависит от рентабельности сопутствующих процессов и способов их использования. Так, например, сегодня рентабельными являются технологии, предусматривающие:

- ферментативный гидролиз растительного сырья микроорганизмами, продуцирующими внеклеточные целлюлазы и накапливающими белок за счет своего развития для получения кормового и пищевого продукта;

- совместное культивирование микроорганизмов, продуцентов внеклеточных целлюлаз для ферментативного гидролиза целлюлозы, и микроорганизмов, продуцентов целевого продукта (кормовой белок, этанол, ферментные препараты и др. продукты) на углеводах после ферментативного гидролиза.

Жидкое и твердое биотопливо

Вопросы биоэнергетики становятся все более популярными, об этом можно судить по росту статей в профильных журналах, количеству конференций и круглых столов, посвященных данной теме. Однако в России чаще всего говорят о твердом биотопливе, как источнике энергии, то есть о превращении биомассы в топливные гранулы, брикеты, уголь и т.п. Вместе с тем биоэнергетика включает в себя и получение биогаза и жидкого моторного биотоплива.

В мире существует три лидера по использованию жидкого моторного биотоплива: Бразилия, США и Европейский Союз. И каждый имеет свои мотивы перевода транспорта с бензина на биодизель или биоэтанол. Бразилия использует этанол из сахарного тростника, чтобы не зависеть от импорта нефти. В США распространяется этанол из маиса (кукурузы), для того чтобы поддержать местное сельское хозяйство, с одной стороны, а с другой – улучшить состояние окружающей среды. Европейский Союз, внедряя новые биотопливные технологии, преследует сразу несколько целей: ликвидация зависимости от импорта нефти, предотвращение глобального потепления климата, а также развитие сельского хозяйства.

Моторное биотопливо можно получать практически из любых растений: пшеницы, сахарной свеклы, рапса, древесины и даже отходов деревообработки. Биотопливо может быть разделено на углеводородное топливо, бензин, дизельное топливо и химические побочные продукты.

Большинство исследований по созданию моторного топлива из биомассы направлено на получение этанола из сахарного тростника, зерна и сахарной свеклы, а также рапсового метилового эфира из семян рапса. При урожайности семян рапса 3 т с 1 гектара можно получить 1 тонну моторного топлива и 2 тонны высококачественных кормов. Свойства моторного топлива, получаемого из семян рапса, близки к дизельному топливу, однако вредные выбросы при использовании биодизельного топлива значительно снижены. Другой перспективной технологией производства моторного топлива является быстрый пиролиз с выходом топлива 80% по массе исходного растительного сырья. Это топливо имеет теплотворную способность 50% от дизельного топлива, оно может сохраняться, транспортироваться и использоваться в печах, паровых котлах и газовых турбинных установках.

В последнее время начали бурно обсуждать новый вид биотоплива: BtL (Biomass-to-Liquid). BtL производят из древесины и отходов деревообработки (промежуточный продукт: биогаз). Преимущество этого вида топлива перед биоэтанолом и биодизелем состоит в том, что, в отличие от упомянутых продуктов, при производстве BtL древесина полностью перерабатывается. В то же самое время BtL может производиться из любого вида биомассы, к тому же, по заявлению производителей этого топлива, для перевода автомобилей на него не требуется модификация современных двигателей.

По оценке немецких ученых, если BtL займет 20% рынка ЕС, то в Европе можно уменьшить выбросы СО₂ на 200 млн тонн. С другой стороны, в Германии, например, наиболее популярным видом биотоплива остается пока биодизель. В 2004 году немцы произвели 1,1 млн тонн биодизеля (в основном из рапса). Для сравнения, потребление обычного дизеля в этой стране составляет 30 млн тонн в год.

Твердое биологическое топливо, которое широко применяют альтернативные источники отопления, производится практически из тех же продуктов, что и биотопливо жидкого типа. Твердое биотопливо в сельском хозяйстве имеет такую же широкую сферу использования, как и жидкое топливо. Твердое биологическое топливо можно получить из большинства продуктов, имеют органическое происхождение. Самая большая трудность, которая встает перед производителями биотоплива твердого типа, – это расщепление целлюлозы. Наиболее популярными формами биологического топлива для того чтобы его использовали альтернативные системы отопления, являются такие, как гранулы, брикеты, пеллеты. Главными преимуществами такого продукта являются его хорошие показатели себестоимости и безопасность с экологической точки зрения.

Сельскохозяйственные корма

Кормами называют продукты, пригодные для употребления в пищу сельскохозяйственным животным, содержащие в удобоваримой и безвредной форме органические и минеральные питательные вещества. Корма оцениваются по пригодности их к скармливанию, по поедаемости, содержанию в них питательных веществ, по их действию на аппетит и физиологические процессы у животных, а также по влиянию на качество продукции. Подразделяют корма на три основные группы. К первой относят корма растительного происхождения и отходы промышленных предприятий (жмых, шрот, жом, меласса, барда, мезга, дробина), побочная продукция зерновых и технических культур (солома, ботва). Ко второй - корма животного происхождения (яйца, молоко, мясо и отходы, полученные при их переработке). В третью группу входят продукты химико-биологического синтеза, к которым относятся синтетические азотистые соединения, белково-витаминные концентраты и добавки солей макро- и микроэлементов.

Решающая роль в развитии животноводства принадлежит сбалансированной кормовой базе, организации полноценного кормления животных, обеспеченности их высококачественными кормами. Корма, производимые в хозяйствах и выпускаемые промышленностью, значительно различаются по своему назначению, составу и питательности, физическим и технологическим свойствам.

Одной из сложных на данный момент проблем современного животноводства является проблема кормового протеина. Она заключается в снижении продуктивности животных из-за недостатка протеина в рационах. Так, например, в заготовляемых растительных кормах переваримого протеина приходится только 80 – 90 г/корм.ед., при норме не менее 105 – 110 г/корм.ед. В связи с этим происходит перерасход кормов, повышается себестоимость продукции.

Основной путь решения данной проблемы - увеличение производства растительного белка за счет расширения посевных площадей и повышения урожайности бобовых трав и зернобобовых культур и полное использование отходов молочной, мясной и других отраслей перерабатывающей промышленности. Наряду с этим также необходимо широко использовать продукты микробиологического и химического синтеза. В связи с этим возникла целая биотехнологическая ниша комбинированных кормов. Основой этого направления стал процесс твердотельной ферментации без отделения биомассы. В зависимости от требуемых свойств комбикорма используются различные микроорганизмы, одноклеточные водоросли и мицелиальные грибы.

 

Выбор критерия оптимизации

Критерий оптимизации – выходной параметр процесса.

Применительно к средам в колбах это могут быть:

- Концентрация целевого продукта;

- Производительность по целевому продукту;

- Выход целевого продукта по субстрату;

- Минимизация стоимости среды для получения единицы целевого продукта.

Чаще всего критерием оптимальности сред в колбах служит концентрация целевого продукта.

Выбор исходных компонентов среды (факторов эксперимента) и составление матрицы планирования эксперимента

Факторами эксперимента являются компоненты оптимизируемой среды. Перед началом оптимизации необходимо провести ряд экспериментов по определению этих факторов по существу. Кроме того необходимо установить так называемый «фон» эксперимента, то есть значения концентраций всех компонентов среды и принять их в качестве нулевых. В данном случае не имеет значения, откуда именно были взяты цифры – из эксперимента или из головы. В процессе оптимизации система всё равно придет к определенному единственному значению, невзирая на входные данные.

Для метода крутого восхождения максимальное число факторов равно 8. Это обусловлено так называемой матрицей планирования эксперимента.

Итак, после определения факторов и фона эксперимента, следует составить таблицу, в которой для каждого компонента максимальное и минимальное значение концентрации, отличающееся от фона на определенное равное значение DХi.

 

Усл. обоз.	Фактор	значение фактора			Δxi
		уровень -1	уровень 0	уровень +1
A	Наименование компонента среды	Xa-Δxa	Xa	Xa+Δxa	Δxa
B		Xb-Δxb	Xb	Xb+Δxb	Δxb
C		Xc-Δxc	Xc	Xc+Δxc	Δxc
D		Xd-Δxd	Xd	Xd+Δxd	Δxd
E		Xe-Δxe	Xe	Xe+Δxe	Δxe

 

Далее следует составить матрицу планирования эксперимента. В данном случае необходимо определить полный факторный эксперимент и сократить его до полу- и четверти реплики, воспользовавшись для этого формулой:

Рассмотрим на примере. Допустим имеется ПФЭ для среды с 5-ю компонентами. Соответственно, N будет равно 32 экспериментам. Для реализации такого количества опытов потребуется весьма больше количество времени. Но для начала следует составить ортогональную матрицу планирования.

 

	A	B	C	D	E	ПФЭ
1	-	-	-	-	-	I
2	+	-	-	-	-	a
3	-	+	-	-	-	b
4	+	+	-	-	-	ab
5	-	-	+	-	-	c
6	+	-	+	-	-	ac
7	-	+	+	-	-	bc
8	+	+	+	-	-	abc
9	-	-	-	+	-	d
10	+	-	-	+	-	ad
11	-	+	-	+	-	bd
12	+	+	-	+	-	abd
13	-	-	+	+	-	cd
14	+	-	+	+	-	acd
15	-	+	+	+	-	bcd
16	+	+	+	+	-	abcd
17	-	-	-	-	+	e
18	+	-	-	-	+	ae
19	-	+	-	-	+	be
20	+	+	-	-	+	abe
21	-	-	+	-	+	ce
22	+	-	+	-	+	ace
23	-	+	+	-	+	bce
24	+	+	+	-	+	abce
25	-	-	-	+	+	de
26	+	-	-	+	+	ade
27	-	+	-	+	+	bde
28	+	+	-	+	+	abde
29	-	-	+	+	+	cde
30	+	-	+	+	+	acde
31	-	+	+	+	+	bcde
32	+	+	+	+	+	abcde

 

Полный факторный эксперимент следует обозначать, для простоты выбора, буквами, соответствующими положительный значениям факторов. Начальный опыт не имеет ни одного максимального значения, поэтому обозначается I. Принцип составления матрицы обеспечивает ее ортогональность и правильность. Далее следует сократить количество экспериментов вдвое. Для этого следует руководствоваться простым правилом: Выбор сделать либо в пользу четных опытов, то есть количество букв в обозначении ПФЭ кратно 2, за исключением опыта I. В таком случае полуреплика будет выглядеть так:

 

	A	B	C	D	E	Полуреплика
1	-	-	-	-	-	I
2	+	+	-	-	-	ab
3	+	-	+	-	-	ac
4	-	+	+	-	-	bc
5	+	-	-	+	-	ad
6	-	+	-	+	-	bd
7	-	-	+	+	-	cd
8	+	+	+	+	-	abcd
9	+	-	-	-	+	ae
10	-	+	-	-	+	be
11	-	-	+	-	+	ce
12	+	+	+	-	+	abce
13	-	-	-	+	+	de
14	+	+	-	+	+	abde
15	+	-	+	+	+	acde
16	-	+	+	+	+	bcde

 

Далее, для составления четверти реплики, необходимо сократить полуреплику так же вдвое. В данном случае следует руководствоваться последним фактором. Для удобства, визуально разделить имеющуюся таблицу надвое и из каждой ее части выбрать равное количество экспериментов. В итоге, матрица планирования будет иметь следующий вид:

 

	A	B	C	D	E	Четверть реплики
1	-	-	-	-	-	I
2	+	-	+	-	-	ac
3	-	+	-	+	-	bd
4	+	+	+	+	-	abcd
5	-	+	-	-	+	be
6	+	+	+	-	+	abce
7	-	-	-	+	+	de
8	+	-	+	+	+	acde

 

Именно по такому сценарию и следует проводить эксперимент. Для удобства реализации заменить «+» и «-» на реальные значения факторов и приступить к первому этапу оптимизации – линейному приближению.

Этап движения по градиенту

Для движения по градиенту необходимо изменять значения факторов Xi в соответствии с их коэффициентами регрессии. Для этого следует произвести следующие действия:

1. Для всех i-ых факторов вычислить произведение bi и Dxi. Фактор, у которого абсолютное значение этого произведения является максимальным, принимается как базовый;

2. Для базового фактора произвольно выбирается величина шага крутого восхождения liкв;

3. Вычислить шаги крутого восхождения для остальных факторов, коэффициенты регрессии которых значимы. Для этого следует воспользоваться формулами:

 

4. Все значения шагов крутого восхождения берутся с соответствующими им знаками коэффициентов регрессии.

После определения шагов крутого восхождения для всех факторов планируют серию опытов, в которых факторы принимают значения:

 

Для простоты работы следует составить таблицу:

 

	Факторы					Примечания
	A	B	C	D	E
Нулевой уровень x0
Интервал варьирования Δxi
Коэффициент регрессии линейного приближения
Произведение bi*Δxi
Шаг крутого восхождения (неокругленный) λi*
Шаг крутого восхождения (округленный) λi
Порядковые номера опытов (шагов крутого восхождения)	A	B	C	D	E	Параметр оптимизации
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

 

При выборе шага базового фактора следует учитывать, что в процессе исполнения опытов его значение должно выйти за пределы определения, прописанного в самом начале.

Реализацию плана крутого восхождения следует начинать с тех опытов, условия которых выходят за область эксперимента (в этапе линейного приближения) хотя бы по одному из факторов. При движении по градиенту может встретиться случай, что до достижения оптимума один из варьируемых факторов окажется у границы своей области определения. Тогда такой фактор фиксируется в этой точке и в дальнейшем не варьируется.

Определение оптимума

Наилучшее значение параметра оптимизации нередко и является решением задачи. Однако чаще этапы линейного приближения и движения по градиенту необходимо повторять по несколько раз. После первого движения по градиенту в точке наилучшего значения параметра оптимизации вновь ставят линейное приближение, то есть принимают за «фон» нового эксперимента. По результатам этого эксперимента вновь выполняют крутое восхождение.

 

 ВОПРОС №4. КУЛЬТИВИРОВАНИЕ КЛЕТОК И ТКАНЕЙ РАСТЕНИЙ, ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА

Методы клеточной биологии находят всё большее распространение в различных областях современных фундаментальных и прикладных исследований. Одним из наиболее используемых является метод культивирования клеток растений, животных и человека, получивший широкое распространение во второй половине XX века. В настоящее время можно культивировать клетки практически всех тканей и органов человека, животных и растений. Культивирование клетки становится основой современных наукоемких технологий в биотехнологии и медицине. Например, в биотехнологии - получение биологически активных веществ, вакцин, диагностикумов, клеток-продуцентов; в медицине – заместительная клеточная терапия, позволяющая восстанавливать поврежденные ткани путем трансплантации нормальных здоровых клеток человека, выращенных in vitro. Открытие принципа гибридомной техники привело к получению в 1975 году моноклональных антител из гибридомных клеток.

В перспективе с помощью метода культивирования клеток и тканей животных может быть налажено производство мышечной и других тканей, которые планируется использовать в мясной промышленности вместо сырья, получаемого в результате убоя сельскохозяйственных животных.