Кафедра микробиологии 3 курс факультета ветеринарной медицины Дисциплина

и методы в биотехнологии

биологической (живой) системы могут быть сведены к трем присущим им

основным признакам:

окружающей средой веществами и энергией.

обмену информацией с окружающей средой для поддержания своей структуры и

управления процессами метаболизма.

и характеризуются сложной организацией (атомы, молекулы, органеллы, клетки, организмы, популяции,

сообщества).

необходимых для осуществления той или иной функции, и непрерывных процессов

изменения активности в ходе взаимодействия триплетных кодов ДНК в ядре и макромолекул в рибосомах. Усиление и торможение ферментативной активности происходит в зависимости от количества начальных и конечных продуктов соответствующих биохимических реакций. Благодаря этой сложной организации биосистемы отличаются от всех неживых объектов.

одноклеточные организмы, многоклеточные организмы, популяции, биогеоценоз и биосферу.

обмен веществом и энергией со средой, рост и деление, реакции

на внешние раздражители в виде изменения обмена и формы движения. Все функции одноклеточных поддерживаются за счет биохимических процессов ферментативной природы и за счет энергетического обмена – начиная от способа получения энергии и до синтеза новых структур или расщепления существующих. Единственным механизмом одноклеточных, обеспечивающим их приспособление к окружающей среде, является механизм изменений в отдельных генах ДНК и, как следствие, изменение белков-ферментов и изменение биохимических реакций.

в виде двух компонентов – энергетической и управляющей.
Структура биосистем поддерживается

механизмами генетического управления. Получая от остальных систем энергию и информацию в виде продуктов обмена веществ (метаболитов), а в период формирования – в виде гормонов, генетическая система управляет процессом синтеза необходимых веществ и поддерживает жизнедеятельность остальных систем организма, причем процессы в этой системе протекают достаточно медленно.

инвариантными для всех организмов. В сложной системе возможности к адаптации

значительно больше, чем в простой. В простой системе эти функции обеспечиваются малым количеством механизмов, при этом они более чувствительны к изменениям во внешней среде.

рамках одной и той же функциональной биосистемы совместно и слаженно

работают подсистемы с качественно различными адекватными управляющими сигналами (химическими, физическими, информационными).

иерархии и скачкообразном переходе к качественно другой функции на следующем

уровне иерархии, а также в специфическом построении различных биосистем, их анализа и управления в такой последовательности, что итоговая выходная функция нижележащего уровня иерархии входит в качестве элемента в вышележащий уровень.

противоположных свойств: структурно-функциональной организованности и структурно-функциональной вероятности, стохастичности и изменчивости.
Структурно-функциональная

организованность проявляется на всех уровнях биосистем и характеризуется высокой устойчивостью биологического вида и его формы. На уровне макромолекул это свойство обеспечивается репликацией макромолекул, на уровне клетки – делением, на уровне особи и популяции – воспроизведением особей путем размножения.

всего необходимо назвать одноклеточные микроорганизмы, а также животные и растительные

клетка. Выбор этих объектов обусловлен следующими моментами:

разнообразные ценные продукты: белки, жиры, углеводы, витамины, нуклеиновые кислоты, аминокислоты,

антибиотики, гормоны, антитела, антигены, ферменты, спирты и пр. Многие из этих продуктов, крайне необходимы в жизни человека, пока недоступны для получения «небиотехническими» способами из-за дефицитности или высокой стоимости сырья или же сложности технологических процессов.

каждые 20-60 минут, дрожжевая - через каждые 1,5-2 ч, животная

– через 24 ч, что позволяет за относительно короткое время искусственно нарастить на сравнительно дешевых и недефицитных питательных средах в промышленных масштабах огромные количества биомассы микробных, животных или растительных клеток. Например, в биореакторе емкостью 100 м3 за 2-3-сут. можно вырастить 1016 – 1018 микробных клеток. В процессе жизнедеятельности клеток при их выращивании в среду поступает большое количество ценных продуктов, а сами клетки представляют собой кладовые этих продуктов.

и др. значительно экономичнее и технологически доступнее, чем химический синтез.

При этом исходное сырье для биосинтеза, как правило, проще и доступнее, чем сырье для других видов синтеза. Для биосинтеза используют отходы сельскохозяйственной, рыбной,, пищевой промышленности, растительное сырье, дрожжи, древесина, меласса и др.).

соответствующего технологического оборудования, доступность сырья, технология переработки и т.д.
Таким образом,

природа дала в руки исследователям живую систему, содержащую и синтезирующую уникальные компоненты, и, в первую очередь, нуклеиновые кислоты, с открытием которых и начала развиваться биотехнология и мировая наука в целом.

растений, животных и человека, вещества биологического происхождения (например, ферменты, простагландины,

пектины, нуклеиновые кислоты,), молекулы.
В этой связи можно сказать, что объекты биотехнологии относятся либо к микроорганизмам, либо к растительным и животным клеткам. В свою очередь организм можно охарактеризовать как систему экономного, сложнейшего, компактного, целенаправленного синтеза, устойчиво и активно протекающего при оптимальном поддержании всех необходимых параметров.

Тот и другой определяются биообъектами.
В первом случае дело имеют с

бактериальными клетками (для получения вакцинных препаратов), актиномицетов (при получении антибиотиков), микромицетов (при получении лимонной кислоты), животных клеток (при изготовлении противовирусных вакцин), клеток человека (при изготовлении интерферона) и др.
Во втором случае дело имеют с молекулами, например с нуклеиновыми кислотами. Однако в конечной стадии молекулярный уровень трансформируется в клеточный.

и диссимиляция) образуют новые продукты и выделяют метаболиты разнообразного физико-химического

состава и биологического действия.

к эукариотам. Из группы эукариот, например, оперирует в качестве биообъектов

клетками простейших, водорослей и грибов, из группы прокариот- клетками сине-зеленых водорослей и бактерий, акариот – вирусами

до миллиметров и сантиметров (гигантские водоросли), и характеризуются относительно быстрым

темпом размножения. В современной фарминдустрии используется гигантская гамма биообъектов, группировка которых весьма сложна и лучше всего может быть выполнена на основе принципа их соразмерности.

биотехнология. Последние успехи биологии и генной инженерии привели к появлению

совершенно новых биообъектов-трансгенных (генетически-модифицированных) бактерий, вирусов, грибов, клеток растений, животных, человека и химер.

т.е. организмы, полученные методами генетической инженерии;
- растительные и животные тканевые

клетки;
- термофильные микроорганизмы и ферменты;
- анаэробные организмы;
- ассоциации для превращения сложных субстратов;
- иммобилизованные биологические объекты.

в изменении его генетической информации с целью исключить нежелательные и

усилить нужные свойства или придать ему совершенно новые качества. Наиболее целенаправленные изменения можно выполнить путем рекомбинаций - перераспределяя гены или части генов и объединяя в одном организме генетическую информацию от двух и более организмов. Получение рекомбинантных организмов, в частности, можно осуществить методом слияния протопластов, путем переноса природных плазмид и методами генной инженерии.

относятся растительные и животные тканевые клетки, в том числе гибридомы,

трансплантаты. Культуры клеток млекопитающих уже сейчас являются продуцентами интерферона и вирусных вакцин, в недалеком будущем осуществится крупномасштабное получение моноклональных антител, поверхностных антигенов клеток человека, ангиогенных факторов.
С развитием методов биотехнологии все большее внимание будет уделяться использованию термофильных микроорганизмов и их ферментов.

биологических объектов, характеризующихся различными уровнями сложности биологической регуляции, например клеточным,

субклеточным, молекулярным. Oт особенностей конкретного биологического объекта самым непосредственным образом зависит подход к созданию всей биотехнологической системы в целом.

природе и, тем самым, о возможностях прикладного использования той или

иной биологической системы в качестве активного начала биотехнологического процесса. Набор биологических объектов непрерывно пополняется.

и методы в биотехнологии