Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции

Биотехнологические объекты находятся на разных ступенях организации:

а) субклеточные структуры (вирусы, плазмиды, ДНК митохондрий и хлоропластов, ядерная ДНК);

б) бактерии и цианобактерии; в) грибы; г) водоросли;

д) простейшие;е) культуры клеток растений и животных;

ж) растения – низшие (анабена-азолла) и высшие – рясковые.

Микроорганизмов, синтезирующих продукты или осуществляющих реакции, полезные для человека, несколько сотен видов. Биотехнологические функции бактерий разнообразны. Бактерии используются при производстве: - пищевых продуктов, например, уксуса, молочнокислых напитков (Lactobacillus,) и др.; - микробных инсектицидов (Bacillus); белка; - витаминов (Clostridium - рибофлавин); - растворителей и органических кислот; - биогаза и фотоводорода.

Широко используется такое свойство некоторых бактерий, как диазотрофность, то есть способность к фиксации атмосферного азота. Бактерии также широко используются в генноинженерных манипуляциях при создании геномных клонотек, введении генов в растительные клетки (агробактерии). К грибам относятся дрожжи и плесени. К дрожжам, сбраживающим лактозу, относится Kluyveromyces fragilis, который используют для получения спирта из сыворотки. Плесени вызывают многочисленные превращения в твердых средах, которые происходят пред брожением.

Пищевые продукты на основе сброженных плесневыми грибами Rhizopus oligosporus соевых бобов или пшеницы содержат в 5 - 7 раз больше таких витаминов, как рибофлавин, никотиновая кислота) и отличаются повышенным в несколько раз содержанием белка. Плесени также продуцируют ферменты, используемые в промышленности (амилазы, пектиназы и т.д.), органические кислоты и антибиотики. Их применяют и в производстве сыров, например, рокфора.

Простейшие относятся к числу нетрадиционных объектов биотехнологии. До недавнего времени они использовались лишь как компонент активного ила при при биологической очистке сточных вод. В настоящее время они привлекли внимание исследователей как продуценты биологически активных веществ. Водоросли используются, в основном, для получения белка. Весьма перспективны в этом отношении и культуры одноклеточных водорослей, в частности высокопродуктивных штаммов рода Chlorella и Scenedesmus. Их биомасса после соответствующей обработки используется в качестве добавки в рационы скота, а также в пищевых целях.

Растения в биотехнологии Водный папоротник азолла ценится как органическое азотное удобрение, Рясковые служат кормом для животных, для уток и других водоплавающих птиц, рыб, ондатры. Их используют и в свежем, и в сухом виде как ценный белковый корм для свиней и домашней птицы.

 

 

5.Основные направления развития биотехнологии. 1)БТ в медицине: генная инженерия, на которой основана генная терапия(исправления врожденных дефектов кл и организма человек путем введения в кл нормального генетического материала) известно более 4000 наслед заболеваний.

-фармакология: Антибиотики — самый большой класс фармацевтических соединений, синтез которых осуществляется микробными клетками.

2)С/Х биотехнология: -производство биоудобений и биопрепаратов для борьбы с вредителями; - Биологическая азотфиксация; - использование кл и тканей с целью ускорения и облегчения селекционного процесса и для криосохранения целых генотипов. – разработка биопестицидов, и др препаратов избирательно действующих на с/х культуры и безопасны для человека. –создание исходных материалов и на его основе сортов с/х культур.

3) БТв пищевой и молочной промышленности: - получение пищевого белка, - производство кисломолочных продуктов, -получение сахарозы и ее заменителей, - производство пищевых кислот (уксусная, лимонная, молочн), -дрожжи и продукты дрожжевого брожения(хлебобулочные, пивные дрожжи, пиво, вино)

4)биоэнергетика и биотехнология: -производство энергии из биомасссы с помощью МО, - производство биогаза, - производство жидкого топлива (этил. Спирт), -дополнит источник металлов (путем выщелачивания) в 90е годы пятая часть добычи меди путем выщелачивания из горных пород.

5)Экологическая: -повышение экологической чистоты различных производств путем снижения массы отходов, - биологическая очистка сточных вод, -биологическое разложение ксенобиотиков и токсических веществ, рекультивация почв.

6)Биоэнергетика: -для создания улучшеных типов биосесоров и новых приводящих устройств – биочипы (на поверхности электродов наносят к-либо МО или биологическ.ткань, которая является датчиком биолог и используется для определения концентрации уксусной кислоты. В качестве сенсоров моноклональные антитела, которые обладают высокой избирательностью. Производство биогаза путем метанового «брожения» отходов

 

6. Основные этапы биотехнологических процессов: приготовление питательных сред. Среда должна иметь оптемезированный под выращиваемую культуру состав и содержать все необходимые для нее компоненты. Состав: а) источники углерода – СО2, метан, вводятся в биореактор по определенной линии. Подаются по мере расходования. б) источники азота и фосфора – минеральные соли; в) источники макроэлиментов; г) источники микроэлиментов. Условия: соблюдение асептики, потдержание определенного рН, стерильность биореактора, подача минеральных и газообразных веществ через фильтры, спирт подается баз стерилизации J.

Способы стерилизации питательных сред: а) термический: 120градусив С, под давлением; б) радиационный: используется если термический невозможен, дорогой, в основном применяется в мед. отрасли; основан на облуч-и матер-в больш. дозами ионизир. излуч.-гамма излуч. в) химический: чаще используют при малых производствах, необходимо подбирать вещество не токсичное для выращиваемой культуры; в-ва с сильн ассептич. дей-м. проблемы: усранение стериал. агента из пит. среды после гибели постор. микрофлоры и донесение инокулята продуцета. После стериализ-и хим. агенты долж. легко раз-я. Пропиолактон-сильное бактерицид. в-во. г) фильтрация: дорогой за счет того что необходимо менять фильтры.

7. Основные этапы биотехн-ких процессов: поддержание чистой культуры.

В лабораторном отделении чистой культуры проводят:

а) поддержание и хранение штампа продуктов;

б) контрольный высев;

в) маломасштабные ферментации

Все биотехнологические процессы можно разделить на: а) периодические процессы культивирования - подготовка определенной группы клеток к каждой операции; б) непрерывные процессы культивирования – необходимо через определенное время вносить штаммы инакулята.Служба микробиологического контроля при отборе штаммов проверяет их на устойчивость к фаголизису, чистоту реакторов, отслеживает все условия культивирования. Время генерации 15-20 мин. Для анализа необходимо наблюдать за морфологией клетки. Слабое место для биотехнологии – отследить состав культуры в определенный момент. Смена штаммов происходит при смене сырьевой базы. Необходима оптимизация условий культивирования.
Нарушение условий чистой культуры м\о снижает экономич., технологич. показатели биотехнологич., производства, а в нек.случаях становится эксплуатация штамма. Поэтому при биотех.производстве существ. Лаборатории чистой культуры, котор. Решают ряд задач: 1.поддержание и хранение штаммов и продуктов, котор.рекоменд.к промышленному применению. 2. первонач. Отбор штамма для технол. Производства с учетом его особенностей, котор., могут отразиться на экономии этого производства. (устоичивость к мутац. воздействиям,фаголизису,к изм. Темпер и ph.) 3. Оптимизация типа среды для данного штамма и усл. выращивания. Подборка для конкр.субстрата и среды, штаммы, продуцент. Нужно учитывать сезонные изменения сырья. 4.проведение контрольных высевов и маломасштаб.ферментаций, наработка инокулята в количествах необх для начала процесса.