Лекция 1. ПОНЯТИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ, ЕЕ ЗАДАЧИ, ПОДБОР И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ

ОБЪЕКТОВ

«биотехнология» «Biotechnology of Meat, Fat and Milk Production in an Agricultural

Large-Scale Farm», Берлин, 1919

«БИОТЕХНОЛОГИЯ – это все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты»

Karl Ereky
(1878 -1952)

БИОТЕХНОЛОГИЯ - промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами.

«Биотехнология
и биоинженерия»

промышленного пивоварения до выпуска антибиотиков)
http://www.respublika.info/4479/science/article23249/textmodestart/

с тем, что …
БИОТЕХНОЛОГИЯ – это научно-техническое направление, изучающее возможности

использования биотехнологических процессов в технике и промышленном производстве

1976 г. Гербертом Бойером и Бобом Свэнсоном в южной части

Сан-Франциско

биообъектов микробного, растительного и животного происхождения

практическое применение или же являясь их основным инструментом.
Связь биотехнологии

с другими науками ( по В.И.Кефели, 1989)

Генетика и селекция

биохимия

Физиология растений

Инженерные технологии

Ветеринария, медицина

микробиология

Генная инженерия

Молекуляр-ная биология

Структура генома, экспрессия генома

Трансформация клеток, плазмидная техника

Культура зародышей, культура
клеток и тканей

Синтез
аминокислот, азотфиксаторов,
векторов

Регенерация, гормоны, культуры клеток и тканей

Иммобилизованные ферменты, энзимология, биогаз

Ферментация, автоматизация, промышленная химия

Андрогенез, мутагенез

необходимые для питания микробов питательные вещества.
2. Иметь реакцию рН, оптимальную

для выращиваемого вида микроба. -
3. Питательные среды должны иметь достаточную влажность и вязкость, т.к. микробы питаются по законам диффузии и осмоса.
4. Обладать изотоничностью и иметь определенный окислительно-восстановительный потенциал.
5. Питательные среды должны быть стерильными, обеспечивая тем самым возможность выращивания чистых культур.

Классификация питательных сред производится по их составу и назначению
1. По составу питательные среды делятся на простые и сложные
Различают группу сред общего назначения - простых. К этой группе относят мясо-пептонный бульон (простой питательный бульон), мясо-пептонный агар {простой питательный агар), питательный желатин. Эти среды применяются для выращивания многих патогенных микробов. Среды общего назначения, или простые питательные среды, готовятся обычно из гидролизатов с добавлением пептона и хлористого натрия. Их используют также как основу для приготовления сложных сред.
2. Ко второй группе относятся среды элективные, специальные и дифференциально-диагностические.

для создания накопительных культур.


Желточный бульон
Селенитовый бульон
Среда Плоскирева.
Пептонная

вода.

Специальные среды необходимы для культивирования бактерий, не растущих на простых питательных средах.

Дифференциально-диагностические среды используют для определения видовой принадлежности исследуемого микроба, основываясь на особенностях его обмена веществ".

1. Среды для выявления протеолитической способности микробов, содержащие в своем составе молоко, желатин, кровь и т.д.
2. Среды с углеводами и многоатомными спиртами для
обнаружения различных сахаролитических ферментов.

накопительных культур

3 этап – получение чистой культуры на плотных питательных

средах, на которых засевают образцы проб из накопительных культур.

Главный критерий при отборе продуцентов – способность синтезировать целевой продукт.
Микроорганизмы должны:
■ обладать высокой скоростью роста;
■ использовать для жизнедеятельности дешевые непищевые субстраты;
■ быть устойчивыми к заражению посторонней микрофлорой;

скачкообразное изменение вследствие структурной модификации в нуклеотидной последовательности ДНК. Генеральный

путь селекции – это путь от слепого отбора продуцентов к сознательному конструированию их геномов.

Индуцированный мутагенез – резкое увеличение частоты мутаций биообъекта при искусственном повреждении генома.
Целенаправленный метод отбора продуцентов – по их устойчивости к структурным аналогам целевого продукта. Метод основан на регуляции ферментов по принципу обратной связи конечным продуктом биосинтетического пути.

рекомбинантными ДНК, включающими отдельные гены;
● хромосомная – манипуляции с большими

группами генов или целыми хромосомами;
● геномная – перенос всего или большей части генетического материала от одной клетки к другой.
Четыре основных этапа:
Получение нужного гена;
Его встраивание в генетический элемент (вектор), способный к репликации;
Введение гена, входящего в состав вектора, в оганизм-реципиент;
Идентификация (скрининг и селекция) клеток, которые приобрели желаемый ген (гены).

синтез генов на основе выделенной из клетки матричной РНК (мРНК).

- дезоксирибонуклеозиддифосфат
dNTP - дезоксирибонуклеозидтрифосфат

Нуклеозид (Nucleoside) – пуриновое или пиримидиновое основание,

ковалентно связанное с пятиуглеродным сахаром (пентозой). Если сахар – рибоза, то рибонуклеозид, если сахар дезоксирибоза, то дезоксирибонуклеозид

Нуклеотид (Nucleotide) – Нуклеозид, к которому присоединена одна или более фосфатных групп; присоединение происходит по 5’-углеродному атому сахарного кольца.

(например, бактериальная пламида), используемая в генной инженерии для переноса генов

от организма донора в организм реципиент, а также для клонирования нуклеотидных последовательностей..
Липкие концы (Cohesive ends) – взаимно комплементарные одноцепочечные участки ДНК, выступающие по концам двуцепочечной молекулы; образуются в результате ступенчатых разрезов двуцепочечных ДНК.

ДНК, в том числе и плазмидной, в реципиентную клетку, вызывающий

изменение признаков клетки.
Путем коньюгации происходит перенос лишь некоторых плазмид (коньюгативных). В этом случае информация перекочевывает из одной клетки бактерии (мужской, донорной) в другую клетку (женскую, реципиентную) по половым ворсинкам, представляющим собой белковые трубочки.
Трансдукция - понимают передачу всего набора генов вируса или фага, приводящую к развитию вирусных частиц в клетке.

клеток, несущих соответствующий вектор (послуживший для трансплантации гена).
Вторая стадия

– поиск клеток, несущих не только вектор, но и ген-мишень.
Методы, основанные на непосредственном анализе ДНК клеток-реципиентов:
■ определение нуклеотидной последовательности ДНК;
■ гибридизация выделенной из клеток ДНК с зондом, который может быть или интересующим нас геном, или соответствующей ему мРНК;
Гибридизация (Hybridization) – отжиг двух полинуклетидных цепей, часто из разных источников, с образованием ДНК/РНК- или ДНК/ДНК-гибридов, стабилизируемых водородными связями. Отжиг (Annealing) – процесс образования двуцепочечных молекул (ДНК-ДНК или ДНК-РНК) из одиночных полинуклеотидных комплементарных цепей.

2. Методы, основанные на идентификации признака, кодируемого геном:
■ непосредственный отбор клеток, синтезирующих белок – продукт транскрипции и трансляции гена-мишени;
■ использование селективных сред, поддерживающих рост только тех клеток, которые получили ген-мишень;
■ иммунологическая детекция;

слияние неполовых клеток с образованием единого целого.
Возможности метода слияния

клеток.
● Возможность скрещивания филогенетически отдаленных форм живого.
● Получение асимметричных гибридов, несущих полный набор генов одного из родителей и частичный набор другого родителя.
● Получение гибридов путем слияния трех и более родительских клеток.
● Гибридизация клеток, несущих разные программы развития, - слияние клеток различных органов или тканей, слияние нормальных клеток с клетками, чья программа развития изменена в результате злокачественного перерождения, получение «гибридомных» клеток.

замораживания при температуре -40  -60С и ниже).
■ Высушивание

на воздухе в стерильной почве, песке, на активированном угле, на семенах некоторых растений, на дисках агар-агара, на бумаге, шерстяных нитках и других носителях
■ Сохранение спор (метод пригоден для спорообразующих бактерий).
■ Криоконсервация – глубокое замораживание клеток с их последующим хранением в жидком азоте (-196С) или его парах (-150С).
■ Комбинированные способы хранения.

биореакторе, максимально приближенных к условиям в лабораторном культиваторе.
● Применение

антимутагенов – веществ, снижающих частоту спонтанных мутаций.
● Использование продуцентов с так называемыми многократно вырожденными мутациями.
● Создание селективных условий, в которых преимущество получает интересующий нас штамм.