Разделы сайта

Выбор редакции:

Реклама

Главная - Коэльо Пауло
Основные методы совершенствования биообъекта в современной биотехнологии. Методы совершенствования биообъектов. Вопросы для самопроверки

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вопрос 1. Биообъект как средство производства лекарственных, диагностических и профилактических п репаратов. Определение. Требования. Классификация. Примеры

Биообъект -это продуцент, биосинтезирующий нужный продукт, либо катализатор, фермент, который катализирует присущую ему реакцию.

Требования, предъявляемые к биологическим объектам

Для реализации биотехнологических процессов важными параметрами биообъектов являются: чистота, скорость размножения клеток и репродукции вирусных частиц, активность и стабильность биомолекул или биосистем.

Следует иметь в виду, что при создании благоприятных условий для избранного биообъекта биотехнологии эти же условия могут оказаться благоприятными, например, и для микробов - контаминантов, или загрязнителей. Представителями контаминирующей микрофлоры являются вирусы, бактерии и грибы, находящиеся в культурах растительных или животных клеток. В этих случаях микробы-контаминанты выступают вредителями производств в биотехнологии. При использовании ферментов в качестве биокатализаторов возникает необходимость предохранения их в изолированном или иммобилизованном состоянии от деструкции банальной сапрофитной (не болезнетворной) микрофлорой, которая может проникнуть в сферу биотехнологического процесса извне вследствие нестерильности системы.

Активность и стабильность в активном состоянии биообъектов - одни из важнейших показателей их пригодности для длительного использования в биотехнологии.

Таким образом, независимо от систематического положения биообъекта, на практике используют либо природные организованные частицы (фаги, вирусы) и клетки с естественной генетической информацией, либо клетки с искусственно заданной генетической информацией, то есть в любом случае используют клетки, будь то микроорганизм, растение, животное или человек. Для примера можно назвать процесс получения вируса полиомиелита на культуре клеток почек обезьян в целях создания вакцины против этого опасного заболевания. Хотя мы заинтересованы здесь в накоплении вируса, репродукция его протекает в клетках животного организма. Другой пример с ферментами, которые будут использованы в иммобилизованном состоянии. Источником ферментов также являются изолированные клетки или специализированные ассоциации их в виде тканей, из которых изолируют нужные биокатализаторы.

Классификация биообъектов

1) Макромолекулы

Ферменты всех классов (чаще гидролазы и трансферазы); в т.ч. в иммобилизированном виде (связанные с носителем) обеспечивающем многократность использования и стандартность повторяющихся производственных циклов;

ДНК и РНК - в изолированном виде, в составе чужеродных клеток.

2) Микроорганизмы

Вирусы (с ослабленной патогенностью используются для получения вакцин);

Клетки прокариоты и эукариоты - продуценты первичных метаболитов: аминокислот, азотистых оснований, коферментов, моно- и дисахаров, ферментов для заместительной терапии и т.д.); -продуценты вторичных метаболитов:антибиотики, алкалоиды, стероидные гормоны, и др.;

Нормофлоры - биомасса отдельных видов микроорганизмов применяемые для профилактики и лечения дисбактериозов;

Возбудители инфекционных заболеваний - источники антигенов для производства вакцин;

Трансгенные м/о или клетки - продуценты видоспецифичных для человека белковых гормонов, белковых факторов неспецифического иммунитета и т.д.

3) Макроорганизмы

Высшие растения - сырье для получения БАВ;

Животные - млекопитающие, птицы, рептилии, амфибии, членистоногие, рыбы, моллюски, человек;

Трансгенные организмы.

В качестве биологических объектов или систем, которые использует биотехнология, прежде всего, необходимо назвать одноклеточные микроорганизмы, а также животные и растительные клетка. Выбор этих объектов обусловлен следующими моментами:

1. Клетки являются своего рода «биофабриками», вырабатывающими в процессе жизнедеятельности 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.

2. Клетки чрезвычайно быстро воспроизводятся. Так, бактериальная клетка делится через 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 м 3 за 2-3-сут. можно вырастить 10 16 -10 18 микробных клеток. В процессе жизнедеятельности клеток при их выращивании в среду поступает большое количество ценных продуктов, а сами клетки представляют собой кладовые этих продуктов.

3. Биосинтез сложных веществ, таких как белки, антибиотики, антигены, антитела 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.).

4. Возможность проведения биотехнологического процесса в промышленных масштабах, т.е. наличие соответствующего технологического оборудования, доступность сырья, технология переработки и т.д.

Вопрос 2 . Иммобилизация ферментов физическими методами. Используемые носители. Характеристика методов иммобилизации. Область применения иммобилизованных ферментов

Существует два основных метода иммобилизации ферментов: физический и химический.

Физическая иммобилизация ферментов представляет собой включение фермента в такую среду, в которой для него доступной является лишь ограниченная часть общего объема. При физической иммобилизации фермент не связан с носителем ковалентными связями. Существует четыре типа связывания ферментов:

Адсорбция на нерастворимых носителях;

Включение в поры геля;

Пространственное отделение фермента от остального объема реакционной системы с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны);

Включение в двухфазную среду, где фермент растворим и может находиться только в одной из фаз.

Перечисленные подходы проиллюстрированы рисунке 1.

Адсорбционная иммобилизация является наиболее старым из существующих способов иммобилизации ферментов, начало ей было положено еще в 1916 г. Этот способ достаточно прост и достигается при контакте водного раствора фермента с носителем.

Рис. 1. Способы иммобилизации ферментов: а - адсорбция на нерастворимых носителях, б - включение в поры геля, в - отделение фермента с помощью полупроницаемой мембраны, г - использование двухфазной реакционной среды

После отмывки неадсорбировавшегося белка иммобилизованный фермент готов к использованию. Удерживание адсорбированной молекулы фермента на поверхности носителя может обеспечиваться за счет неспецифических ван-дер-ваальсовых взаимодействий, водородных связей, электростатических и гидрофобных взаимодействий между носителем и поверхностными группами белка. Вклад каждого из типов связывания зависит от химической природы носителя и функциональных групп на поверхности молекулы фермента. Взаимодействия с носителем могут оказаться настолько сильными, что сорбция биокатализатора может сопровождаться разрушением его структуры. Например, при адсорбции некоторых растительных клеток на гранулах цитодекса клеточная стенка деформируется, повторяя рельеф поверхности частиц носителя. Преимуществом метода адсорбционной иммобилизации является доступность и дешевизна сорбентов, выступающих в роли носителей. Им также можно придать любую конфигурацию и обеспечить требуемую пористость. Важный фактор - простота применяемых методик. При адсорбционном связывании можно решить и проблему очистки фермента, так как связывание белка с носителем во многих случаях достаточно специфическое. К сожалению, прочность связывания фермента с носителем не всегда достаточно высока, что ограничивает применение метода. К недостаткам адсорбционной иммобилизации следует отнести отсутствие общих рекомендаций, позволяющих сделать правильный выбор носителя и оптимальных условий иммобилизации конкретного фермента.

Некоторых из перечисленных затруднений можно избежать при иммобилизации ферментов путем включения в гели. Суть этого метода иммобилизации состоит в том, что молекулы фермента включаются в трехмерную сетку из тесно переплетенных полимерных цепей, образующих гель. Среднее расстояние между соседними цепями в геле меньше размера молекулы включенного фермента, поэтому он не может покинуть полимерную матрицу и выйти в окружающий раствор, т.е. находится в иммобилизованном состоянии. Дополнительный вклад в удерживание фермента в сетке геля могут вносить также ионные и водородные связи между молекулой фермента и окружающими ее полимерными цепями. Пространство между полимерными цепями в геле заполнено водой, на долю которой обычно приходится значительная часть всего объема геля. Например, широко применяемые гели полимеров акриловой кислоты в зависимости от концентрации полимера и его природы содержат от 50 до 90% воды.

Для иммобилизации ферментов в геле существует два основных способа. При одном из них фермент помещают в водный раствор мономера, а затем проводят полимеризацию, в результате чего образуется полимерный гель с включенными в него молекулами фермента. В реакционную смесь часто добавляют также бифункциональные (содержащие в молекуле две двойные связи) сшивающие агенты, которые придают образующемуся полимеру структуру трехмерной сетки. В другом случае фермент вносят в раствор готового полимера, который затем каким-либо образом переводят в гелеобразное состояние. Способ иммобилизации ферментов путем включения в полимерный гель позволяет создавать препараты любой геометрической конфигурации, обеспечивая при этом равномерное распределение биокатализатора в объеме носителя. Метод универсален, применим для иммобилизации практически любых ферментов, полиферментных систем, клеточных фрагментов и клеток. Фермент, включенный в гель, стабилен, надежно защищен от инактивации вследствие бактериального заражения, так как крупные клетки бактерий не могут проникнуть в мелкопористую полимерную матрицу. В то же время, эта матрица может создавать значительные препятствия для диффузии субстрата к ферменту, снижая каталитическую эффективность иммобилизованного препарата, поэтому для высокомолекулярных субстратов данный метод иммобилизации не применим вообще.

Общий принцип иммобилизации ферментов с использованием мембран заключается в том, что водный раствор фермента отделяется от водного раствора субстрата полупроницаемой перегородкой. Полупроницаемая мембрана легко пропускает небольшие молекулы субстрата, но непреодолима для крупных молекул фермента. Существующие модификации этого метода различаются лишь способами получения полупроницаемой мембраны и ее природой. Водный раствор фермента можно включать внутрь микрокапсул, представляющих собой замкнутые сферические пузырьки с тонкой полимерной стенкой (микрокапсулирование). При двойном эмульгировании получается водная эмульсия из капель органического раствора полимера, содержащих, в свою очередь, еще более мелкие капли водного раствора фермента. Через некоторое время растворитель затвердевает, образуя сферические полимерные частицы с иммобилизованным в них ферментом. Если вместо водонерастворимого отвердевающего полимера используются жидкие углеводороды с высокой молекулярной массой, метод называется иммобилизацией путем включения в жидкие мембраны. К модификациям метода иммобилизации ферментов с использованием полупроницаемых оболочек относятся также включение в волокна (при этом вместо капель, содержащих ферменты, получаются нити) и включение в липосомы. Применение систем мембранного типа позволяет получать иммобилизованные препараты с высоким содержанием фермента. Метод, как и предыдущий, достаточно универсален, т.е. применим как ферментам, так и к клеткам, а также их фрагментам. Благодаря высокому отношению поверхности к объему и малой толщине мембраны удается избежать значительных диффузионных ограничений скорости ферментативных реакций. Основной недостаток мембранных систем - невозможность ферментативного превращения высокомолекулярных субстратов.

При иммобилизации ферментов с использование систем двухфазного типа ограничение свободы перемещения фермента в объеме системы достигается благодаря его способности растворяться только в одной из фаз. Субстрат и продукт ферментативного превращения распределяются между обеими фазами в соответствии с их растворимостями в этих фазах. Природа фаз подбирается таким образом, что продукт накапливается в той из них, где фермент отсутствует. После завершения реакции эту фазу отделяют и извлекают из нее продукт, а фазу, содержащую фермент, вновь используют для проведения очередного процесса. Одним из важнейших преимуществ систем двухфазного типа является то, что они позволяют осуществлять ферментативные превращения макромолекулярных субстратов, которые невозможны при применении жестких носителей с ограниченным размером пор.

Главным отличительным признаком химических методов иммобилизации является то, что путем химического взаимодействия на структуру фермента в его молекуле создаются новые ковалентные связи, в частности между белком и носителем. Препараты иммобилизованных ферментов, полученные с применением химических методов, обладают, по крайней мере, двумя важными достоинствами. Во-первых, ковалентная связь фермента с носителем обеспечивает высокую прочность образующегося конъюгата. При широком варьировании таких условий, как рН и температура, фермент не десорбируется с носителя и не загрязняет целевых продуктов катализируемой им реакции. Это особенно важно при реализации процессов медицинского и пищевого назначения, а также для обеспечения устойчивых, воспроизводимых результатов в аналитических системах. Во-вторых, химическая модификация ферментов способна приводить к существенным изменениям их свойств, таких как субстратная специфичность, каталитическая активность и стабильность. Химическая иммобилизация ферментов является искусством, уровень которого определяется, в первую очередь, умением экспериментатора. Основная задача экспериментатора заключается в формировании новых ковалентных связей в молекуле фермента при использовании его функциональных групп, несущественных для проявления его каталитической активности. При химической модификации фермента его активный центр желательно защищать. При сопоставлении различных приемов иммобилизации химические методы для крупномасштабных биотехнологических процессов кажутся малопривлекательными из-за сложности и дороговизны. В промышленных процессах обычно используются те или иные методы физической иммобилизации.

Применение иммобилизованных ферментов

Особенно ощутимый вклад иммобилизованные ферменты внесли в тонкий органический синтез, в анализ, в медицину, в процессы конверсии энергии, в пищевую и фармацевтическую промышленности.

Для синтетической органической химии важно то, что в двухфазных реакционных средах фермент сохраняет каталитическую активность даже при исключительно малом содержании воды, поэтому равновесие катализируемой реакции (выход продукта) экспериментатор может регулировать в широких пределах, подбирая нужный органический растворитель. Иммобилизованные ферменты дали толчок к созданию принципиально новых методов "безреагентного" непрерывного анализа многокомпонентных систем органических (в ряде случаев и неорганических) соединений.

В будущем важную роль в контроле окружающей среды и в клинической диагностике должны сыграть такие методы, как биолюминесцентный анализ и иммуноферментный анализ.

В медицине иммобилизованные ферменты открыли путь к созданию лекарственных препаратов пролонгированного действия со сниженной токсичностью и аллергенностью. Иммобилизационные подходы способствуют решению проблемы направленного транспорта лекарств в организме.

Проблемы биоконверсии массы и энергии в настоящее время пытаются решить микробиологическим путем. Тем не менее, иммобилизованные ферменты вносят ощутимый вклад в осуществление фотолиза воды и в биоэлектрокатализ.

Заслуживает внимание и использование иммобилизованных ферментов в процессах переработки лигноцеллюлозного сырья.

Иммобилизованные ферменты могут использоваться и как усилители слабых сигналов. На активный центр иммобилизованного фермента можно подействовать через носитель, подвергая последний ультразвуковой обработке, механическим нагрузкам или фотохимическим превращениям. Это позволяет регулировать каталитическую активность системы фермент - носитель под действием механических, ультразвуковых и световых сигналов. На этой основе были созданы механо- и звукочувствительные датчики и открыт путь к бессеребряной фотографии.

Промышленные процессы с применением иммобилизованных ферментов внедрены, прежде всего, в пищевую и фармацевтическую промышленность. В пищевой промышленности с участием иммобилизованных ферментов идут процессы получения глюкозо-фруктовых сиропов, глюкозы, яблочной и аспарагиновой кислоты, оптически активных L-аминокислот, диетического безлактозного молока, сахаров из молочной сыворотки и др.

В медицине иммобилизованные ферменты используются также как лекарственные препараты, особенно в тех случаях, когда необходимо локальное воздействие. Кроме того, биокатализаторы широко используются в различных аппаратах для перфузионной очистки различных биологических жидкостей. Возможности и перспективы использования в медицине ферментов в иммобилизованном состоянии гораздо шире, чем достигнутые на сегодняшний день, именно на этом пути медицину ждет создание новых высокоэффективных методов лечения.

биообъект иммобилизованый фермент витамин

Вопрос 3 . Биотехнология витаминов и коферментов. Биологическая роль витаминов. Достоинства и недостатки традиционных методов получения (выделение из природных источников, химический синтез) и микробиологического синтеза витаминов

Витамины (от лат. vita - жизнь + амины) - низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, абсолютно необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов. Витамин являются незаменимыми пищевыми веществами, т.к. за исключением никотиновой кислоты они не синтезируются организмом человека и поступают главным образом в составе продуктов питания. Некоторые витамины могут производиться нормальной микрофлорой кишечника. В отличие от других жизненно важных пищевых веществ витамины не обладают пластическими свойствами и не используются организмом в качестве источника энергии. Участвуя в разнообразных химических превращениях, они оказывают регулирующее влияние на обмен веществ и тем самым обеспечивают нормальное течение практически всех биохимических и физиологических процессов в организме.

Коферменты (син. коэнзимы ) - органические соединения небелковой природы необходимые для осуществления каталитического действия многих ферментов, соединяясь с белковой частью молекулы фермента - апоферментом , кофермент образует каталитически активный комплекс - холофермент . Прочно связанные с белками коферменты называютсяпростетическими группами . Коферменты могут участвовать в активировании молекул субстрата, образуя с ними реакционно-способные соединения, которые затем подвергаются ферментативному превращению. Некоторые метаболиты, выступающие в ферментативных реакциях как обычные субстраты, в определенных условиях могут играть роль коферментов. Многие коферменты являются производными витаминов и, поэтому нарушение обмена веществ при витаминной недостаточности опосредовано через понижение активности определенных ферментов.

Коферменты, как правило, термостабильны, разнообразны по химическому строению и механизму действия.

Биологическая роль витаминов

Биообъект -это продуцент, биосинтезирующий нужный продукт, либо катализатор, фермент, который катализирует присущую ему реакцию.

Требования, предъявляемые к биологическим объектам

Для реализации биотехнологических процессов важными параметрами биообъектов являются: чистота, скорость размножения клеток и репродукции вирусных частиц, активность и стабильность биомолекул или биосистем.

Следует иметь в виду, что при создании благоприятных условий для избранного биообъекта биотехнологии эти же условия могут оказаться благоприятными, например, и для микробов - контаминантов, или загрязнителей. Представителями контаминирующей микрофлоры являются вирусы, бактерии и грибы, находящиеся в культурах растительных или животных клеток. В этих случаях микробы-контаминанты выступают вредителями производств в биотехнологии. При использовании ферментов в качестве биокатализаторов возникает необходимость предохранения их в изолированном или иммобилизованном состоянии от деструкции банальной сапрофитной (не болезнетворной) микрофлорой, которая может проникнуть в сферу биотехнологического процесса извне вследствие нестерильности системы.

Активность и стабильность в активном состоянии биообъектов - одни из важнейших показателей их пригодности для длительного использования в биотехнологии.

Таким образом, независимо от систематического положения биообъекта, на практике используют либо природные организованные частицы (фаги, вирусы) и клетки с естественной генетической информацией, либо клетки с искусственно заданной генетической информацией, то есть в любом случае используют клетки, будь то микроорганизм, растение, животное или человек. Для примера можно назвать процесс получения вируса полиомиелита на культуре клеток почек обезьян в целях создания вакцины против этого опасного заболевания. Хотя мы заинтересованы здесь в накоплении вируса, репродукция его протекает в клетках животного организма. Другой пример с ферментами, которые будут использованы в иммобилизованном состоянии. Источником ферментов также являются изолированные клетки или специализированные ассоциации их в виде тканей, из которых изолируют нужные биокатализаторы.

Классификация биообъектов

1) Макромолекулы

Ферменты всех классов (чаще гидролазы и трансферазы); в т.ч. в иммобилизированном виде (связанные с носителем) обеспечивающем многократность использования и стандартность повторяющихся производственных циклов;

ДНК и РНК - в изолированном виде, в составе чужеродных клеток.

2) Микроорганизмы

Вирусы (с ослабленной патогенностью используются для получения вакцин);

Клетки прокариоты и эукариоты - продуценты первичных метаболитов: аминокислот, азотистых оснований, коферментов, моно- и дисахаров, ферментов для заместительной терапии и т.д.); -продуценты вторичных метаболитов:антибиотики, алкалоиды, стероидные гормоны, и др.;

Нормофлоры - биомасса отдельных видов микроорганизмов применяемые для профилактики и лечения дисбактериозов;

Возбудители инфекционных заболеваний - источники антигенов для производства вакцин;

Трансгенные м/о или клетки - продуценты видоспецифичных для человека белковых гормонов, белковых факторов неспецифического иммунитета и т.д.

3) Макроорганизмы

Высшие растения - сырье для получения БАВ;

Животные - млекопитающие, птицы, рептилии, амфибии, членистоногие, рыбы, моллюски, человек;

Трансгенные организмы.

В качестве биологических объектов или систем, которые использует биотехнология, прежде всего, необходимо назвать одноклеточные микроорганизмы, а также животные и растительные клетка. Выбор этих объектов обусловлен следующими моментами:

1. Клетки являются своего рода «биофабриками», вырабатывающими в процессе жизнедеятельности 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.

2. Клетки чрезвычайно быстро воспроизводятся. Так, бактериальная клетка делится через 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 м 3 за 2-3-сут. можно вырастить 10 16 -10 18 микробных клеток. В процессе жизнедеятельности клеток при их выращивании в среду поступает большое количество ценных продуктов, а сами клетки представляют собой кладовые этих продуктов.

3. Биосинтез сложных веществ, таких как белки, антибиотики, антигены, антитела 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.).

4. Возможность проведения биотехнологического процесса в промышленных масштабах, т.е. наличие соответствующего технологического оборудования, доступность сырья, технология переработки и т.д.

Кафедра микробиологии и биохимии

Методические указания

К выполнению контрольной работы

по теме: «Применение методов генной инженерии в биотехнологии»

По дисциплине: Введение в биотехнологию

для направления 020200.62 «Биология

Форма обучения: очная

Мурманск


Составитель – Елена Викторовна Макаревич, канд. биолог. наук, профессор кафедры микробиологии и биохимии Мурманского государственного технического университета

Методические указания к выполнению контрольных работ рассмотрены и одобрены на заседании кафедры-разработчика «____»_________________2013 г., протокол № _____.

Рецензент – Ольга Юрьевна Богданова, канд. биол. наук, профессор кафедры микробиологии и биохимии Мурманского государственного технического университета


1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 4

2. Методические указания к выполнению контрольной работы 5

3. Вопросы для самопроверки... 6

6. ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ…………………….………..22

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Контрольная работа представляет собой одну из форм текущего контроля знаний студентов, и его выполнение является обязательным для всех студентов. Если работа не зачтена, студент должен иметь возможность ее исправить, путем повторного выполнения контрольной работы. Студенты, не выполнившие контрольную работу, к экзамену не допускаются.

Целью выполнения контрольной работы является углубление и закрепление знаний студентов, полученных при теоретическом изучении дисциплины и позволяет студенту продемонстрировать знания и навыки, приобретенные за время обучения по теории, а также возможность их применения в практической деятельности.

Студенты выполняют контрольную работу в сроки, установленные графиком. Выполнение контрольной работы является завершающим этапом в изучении отдельных тем дисциплины «Введение в биотехнологию».


Методические указания к выполнению контрольной работы

на тему « Применение методов генной инженерии в биотехнологии» .

Для выполнения контрольной работы необходимо:

1. Изучить теоретические данные по курсу;

3. Ответить на вопросы по данной теме;

4. Решить предоставленные в методическом пособии тестовые задания;

Генетические основы совершенствования биообъектов.

Пути и методы, используемые при получении более продуктивных биообъектов и биообъектов с другими качествами, повышающими возможность их использования в промышленном производстве (устойчивость к инфекциям, рост на менее дефицитных средах, большее соответствий требованиям промышленной гигиены и т.д.).

Традиционные методы селекции. Вариационные ряды. отбор спонтанных мутаций. Мутагенез и селекция. Физические и химические мутагены и механизм их действия. Классификация мутаций. Проблемы генетической стабильности мутантов по признаку образования целевого биотехнологического продукта.

Клеточная инженерия и использование ее методов в создании микроорганизмов и клеток растений - новых продуцентов биологически активных (лекарственных) веществ. Протопластирование и слияние (фузия) протопластов микроорганизмов. Возможность межвидового и межродового слияния. Гибриды, получаемые после слияния протопластов и регенерации клеток. Слияние протопластов и получение новых гибридных молекул в качестве целевых продуктов. Протопластирование и активация "молчащих" генов. Возможности получения новых биологически активных веществ за счет активации "молчащих генов". Методы клеточной инженерии применительно к животным клеткам. Гибридомы. Значение гибридом для производства современных диагностических препаратов.

Генетическая инженерия и создание с помощью ее методов продуцентов новых лекарственных веществ. Основные принципы технологии рекомбинантной ДНК. Внехромосомные генетические элементы - плазмиды и их функции у микроорганизмов, используемых в биотехнологических процессах. Основные физико-химические характеристики плазмид. Взаимодействие плазмид с геномом хозяина. Роль плазмидной и фаговой ДНК в генетическом конструировании продуцентов биологически активных веществ. Транспозоны и их использование в конструировании продуцентов. Направленный мутагенез (ин витро) и его значение при конструировании продуцентов.

Понятие вектора в генетической инженерии. Векторные молекулы на основе плазмидной и фаговой ДНК. Химический синтез фрагментов ДНК. Методы секвенирования (определения последовательности нуклеотидов). Химический синтез гена.

Ферменты, используемые в генетической инженерии. Рестриктазы. Классификация и специфичность. Формирование "липких концов». Рестриктаза E.coli R1 и распознаваемая ею последовательность нуклеотидов. Лигазы и механизм их действия.

Последовательность операций при включении чужеродного гена в векторную молекулу. Перенос вектора с чужеродным геном в микробную клетку.

Генетические маркеры. Методы идентификации и изоляции клонов с рекомбинантной ДНК.

Проблемы экспрессии чужеродных генов в микроорганизмах. Гены животной клетки; экзоны, нитроны. Обеспечение возможности экспрессии генов млекопитающих в микробной клетке. Обратная транскриптаза.

Способы преодоления барьеров на пути экспрессии чужеродных генов. Стабилизация чужеродных белков (целевых продуктов) в клетке. Генетические методы, обеспечивающие выделение чужеродных белков в среду.

Микроорганизмы различных систематических групп: дрожжи, эубактерии, актиномицеты и др. как хозяева при экспрессии чужеродных генов. Специфические проблемы генетической инженерии при создании новых продуцентов белковых веществ, первичных метаболитов как целевых биотехнологических продуктов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

  1. Перечислите традиционные методы селекции.
  2. Расскажите об использовании методов клеточной инженерии в создании микроорганизмов и клеток растений.
  3. Каковы механизмы действия физических и химических мутагенов?
  4. Назовите возможности получения новых биологически активных веществ за счет активации "молчащих генов".
  5. Раскройте понятие гибридонов.
  6. Перечислите методы идентификации и изоляции клонов с рекомбинантной ДНК.
  7. В различие между экзонами и интронами?
  8. Что такое экспрессия чужеродных генов?

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Выпишите правильный ответ:

1. Под термином «обратная генетика» понимают следующие манипуляции
1. ДНК - РНК - белок - модификация белка - клетка
2. белок - РНК - ДНК - модификация ДНК - клетка
3. РНК - модификация РНК - ДНК - белок
4. клетка - ДНК - РНК - белок - модификация белка

2. Трансгенные организмы получают путем ввода чужеродного гена в
1. соматическую клетку
2. яйцеклетку
3. сперматозоид
4. митохондрии

3. Акромегалия характерна для животных, содержащих чужеродный ген
1. инсулина
2. интерферона
3. соматостатина
4. соматотропина

4. Год, когда впервые показана роль нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации
1. 1940
2. 1944
3. 1953
4. 1957

5. Год, когда была создана модель двойной спирали ДНК
1. 1940
2. 1944
3. 1953
4. 1957

6. Первым объектом генной инженерии стала
1. E.coli
2. S.cerevisae
3. B.subtilis

7. Первыми объектами генной инженерии стали вирусы и плазмиды
1. S.cerevisae
2. B.subtilis
3. E.coli

8. В качестве вектора для введения чужого гена в животную клетку используют
1. плазмиды агробактерий
2. плазмиды бактерий
4. вироиды
5. вирус SV-40

9. В качестве вектора для введения чужого гена в животную клетку используют
1. ретровирусы
2. плазмиды бактерий
3. ДНК хлоропластов и митохондрий
4. вироиды

10. В качестве вектора для введения чужого гена в животную клетку не используют
1. вирус SV-40
2. ретровирусы
3. ДНК митохондрий
4. транспозоны
5. вироиды

11. В качестве вектора для введения гена в растительную клетку используют
1. вирус SV-40
2. вирус саркомы Рауса
3. плазмиды
4. вироиды

12. В качестве вектора для введения гена в растительную клетку используют
1. вирус SV-40
2. вирус саркомы Рауса
3. плазмиды агробактерий

13. В качестве вектора для введения гена в растительную клетку не используют
1. транспозоны
2. ДНК хлоропластов
3. плазмиды бактерий
4. вироиды

14. В состав вектора на основе вируса не входят последовательности, отвечающие за
1. вирулентность
2. способность к репликации
3. маркерный признак
4. патогенность

15. В состав вектора на основе вируса входят последовательности, отвечающие за
1. способность к передаче в клетку хозяина
2. способность к амплификации
3. маркерный признак
4. все перечисленные последовательности

16. Вектор должен быть
1. большим
2. небольшим
3. верны оба утверждения

17. В основе использования ДНК митохондрий и хлоропластов в качестве вектора лежит
1. кольцеобразная форма
2. объем
3. наличие гомологичных участков с ядерным геномом
4. верны все утверждения

18. Количество нуклеотидов, составляющих вироиды
1. 200 - 250
2. 270 - 300
3. 320 - 370
4. около 1000

19. Вироиды имеют форму
1. прямолинейную
2. кольцевую
3. спиралевидную

20. Транспозоны имеют форму
1. прямолинейную
2. кольцевую

21. Транспозоны впервые были открыты в
1. 30 - х годах
2. конце 40 -х годов
3. 1971 году

22. Транспозоны открыл
1. Поль Берг
2. Барбара Мак-Клинток
3. Фредерик Сэнгер

23. Год открытия вироидов
1. 1968
2. 1971
3. 1973
4. 1977

24. Вироидам представляют собой
1. 1 цепочечную ДНК
2. 1 цепочечную РНК
3. 2 цепочечную ДНК
4. 2 цепочечную РНК

25. Нуклеиновая кислота вироидов с белком
1. связана
2. не связана

26. Транспозоны играют важную роль в эволюции вилов
1. да
2. нет

30. При рестриктазно-лигазном методе происходит сшивание концов ДНК
1. тупой-липкий
2. липкий-липкий
3. тупой-тупой

31. При коннекторном методе происходит сшивание концов ДНК
1. тупой-липкий
2. липкий-липкий
3. тупой-тупой

32. Применение линкеров имеет смысл в том стучае, если при разрушении 2 типов ДНК рестриктазами образуются концы
1. одноименные липкие
2. разноименные липкие
3. тупые

33. Применение линкеров имеет смысл в том стучае, если при разрушении 2 типов ДНК рестриктазами образуются концы
1. одноименные липкие
2. тупой и липкий
3. тупые

34. Линкеры не применяют, если при разрушении 2 типов ДНК рестриктазами образуются концы
1. одноименные липкие
2. разноименные липкие
3. тупые
4. тупой и липкий

35. Фермент концевая трансфераза применяется при сшивании концов
1. одноименных липких
2. разноименных липких
3. тупых
4. тупого и липкого

36. Для сшивания тупых концов ДНК применяют лигазу в концентрациях
1. недостаточных
2. стандартных
3. избыточных

37. Для денатурации ДНК требуется
1. щелочной рН
2. кислый рН
3. кислый рН и высокая температура
4. щелочной рН и высокая температура

38. Температура денатурации ДНК (оС)
1. 37
2. 65
3. 100

39. Температура ренатурации ДНК (оС)
1. 37
2. 65
3. 100

40. При гибридизации спариваются фрагменты ДНК
1. одноцепочечные
2. двуцепочечные
3. одно- и двуцепочечные

41. При гибридизации возможно спаривание
1. ДНК - ДНК
2. ДНК - РНК
3. РНК - РНК
4. все перечисленные сочетания

42. Гибридизацию исследуемой нуклеиновой кислоты с ДНК-зондом проводят
1. в растворе
2. в геле
3. на нитроцеллюлозе

43. Чужеродная ДНК, попавшая в клетки в природе, как правило, не проявляет активности, так как разрушается ферментом
1. лигазой
2. метилазой
3. рестриктазой
4. транскриптазой

44. Год рождения генной инженерии
1. 1971
2. 1972
3. 1973
4. 1974

45. Первая гибридная ДНК содержала фрагменты ДНК
1. вируса и бактерии
2. 2-х вирусов и бактерии
3. бактерии, дрожжевой клетки и вируса
4. бактерии, вируса и животной клетки

46. Первая выделенная из бактериальной клетки эндонуклеаза расщепляла молекулы ДНК
1. в месте узнавания
2. на определнном расстоянии от места узнавания
3. в произвольном месте от места узнавания

47. Первую рестриктазу, которая расщепляла строго определенную последовательность ДНК выделили
1. Мезельсон и Юань
2. Мезельсон и Вейгл
3. Смит и Вилькокс

48. В состав полимеразы входит функциональных доменов
1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

49. Фрагмент Кленова включает в себя
1. 5’-3’ полимеразу и 3’-5’ экзонуклеазу
2. 5’-3’ полимеразу и 3’-5’ полимеразу
3. 5’-3’ полимеразу и 5’-3’ экзонуклеазу
4. 3’-5’ экзонуклеазу и 5’-3’ экзонуклеазу

50. Диэфирную связь в неспаренных участках ДНК убирает
1. 5’-3’ полимераза
2. 3’-5’ экзонуклеаза
3. 5’-3’ экзонуклеаза
4. 3’-5’ полимераза

51. Диэфирную связь в двойных участках ДНК убирает
1. 5’-3’ полимераза
2. 3’-5’ экзонуклеаза
3. 5’-3’ экзонуклеаза
4. 3’-5’ полимераза

52. За удаление присоединенных во время репликации нуклеотидов отвечает
1. 5’-3’ полимераза
2. 3’-5’ экзонуклеаза
3. 5’-3’ экзонуклеаза
4. 3’-5’ полимераза

53. В процессах репарации ДНК, вырезая олигонуклеотиды дляной 10 н.п., участвует
1. 5’-3’ полимераза
2. 3’-5’ экзонуклеаза
3. 5’-3’ экзонуклеаза
4. 3’-5’ полимераза

54. Терминальная трансфераза катализирует присоединение нуклеотидов к концу молекулы ДНК
1. 5’ - ОН
2. 3’ – ОН

55. Узнают и расщепляют молекулы ДНК в произвольных точках нуклеазы
1. 1 класса
2. 2 класса
3. 3 класса
4. 1 и 3 класса
5. 2 и 3 класса

56. Узнают и расщепляют молекулы ДНК строко в сайте узнавания или на фиксированном расстоянии от него нуклеазы
1. 1 класса
2. 2 класса
3. 3 класса
4. 1 и 3 класса
5. 2 и 3 класса

57. За рестриктазную и метилирующую активность отвечает 1 белок у эндонуклеаз рестрикции
1. 1 и 3 класса
2. 2 и 3 класса
3. 1 и 2 класса
4. 2 класса
5. 3 класса

58. За рестриктазную и метилирующую активность отвечают разные белки у эндонуклеаз рестрикции
1. 1 и 3 класса
2. 2 и 3 класса
3. 1 и 2 класса
4. 2 класса
5. 3 класса

59. Ложными изошизомерами являются
1. Hpa I и Eco RI
2. Hind III и Eco RI
3. Hpa I и Hind III

60. При разгоне ДНК в агарозном геле ближе к стартовой линии окажутся фрагменты
1. короткие
2. длинные
3. короткие

62. Для построения рестрикционной карты необходимо фрагменты ДНК последовательно обработать
1. 1 рестриктазой, затем 2 рестриктазой
2. 1 рестриктазой и смесью 1 и 2 рестриктаз
3. 1 рестриктазой, 2 рестриктазой и их смесью

63. Первая рестрикционная карта была получена для
1. бактериофага
2. плазмиды pBR 322
3. вируса саркомы Рауса
4. вируса SV-40

64. Рестрикционные карты позволяют определить
1. полную нуклеотидную последовательность
2. степень гомологии участков ДНК
3. нарушения в работе гена
4. структуру гена

65. Химический сиквенс ДНК основан на
1. синтезе комплементарного участка ДНК
2. разрушении 1 нуклеотида
3. разрушении одного из 4 нуклеотидов в каждой реакционной смеси

66. Химический сиквенс ДНК предложили
1. Сэнгер и Гилберт
2. Сэвидж и Максам
3. Максам и Гилберт

67. Ферментативный сиквенс ДНК предложил
1. Максам
2. Гилберт
3. Сэнгер
4. Сэвидж

68. При химическом сиквенсе ДНК метится
1. с одного конца
2. с обоих концов
3. по всей длине

69. Модификация нуклеотидов при ферментативном сиквенсе предполагает изменение концов
1. 3’-ОН
2. 5’-ОН
3. 3’-ОН и 5’-ОН


70. При ферментативном сиквенсе модифицированные нуклеотиды добавляют по сравнению с нормальными в
1. избытке
2. равном соотношении
3. недостатке

71. Для недорестрикции эндонуклеазы добавляют
1. в недостатке
2. избытке

72. Недорестрикция обычно применяется при использовании рестриктаз
1. крупнощепящих
2. мелкощепящих
3. 1 класса
4. 3 класса

73. Для необратимого связывания ДНК с нитроцеллюлозой необходима температура (оС)
1. 65
2. 70
3. 80
4. 100

74. Для необратимого связывания ДНК с нитроцеллюлозой необходимы высокая температура и
1. обычное давление
2. высокое давление
3. низкое давление
4. вакуум

75. Перенос ДНК на нитроцеллюлозный фильтр называется
1. Северный блоттинг
2. Южный блоттинг
3. Западный блоттинг

76. Перенос РНК на нитроцеллюлозный фильтр называется
1. Северный блоттинг
2. Южный блоттинг
3. Западный блоттинг

77. Перенос белка на нитроцеллюлозный фильтр называется
1. Северный блоттинг
2. Южный блоттинг
3. Западный блоттинг

78. Фильтровальная бумага при блоттинге обеспечивает ток буферного раствора в направлении
1. электрофореза
2. обратном электрофорезу
3. перпендикулярном электрофорезу

79. Название «метод дробовика» применяется по отношению к библиотекам
1. геномным
2. клоновой ДНК

80. С синтеза ДНК на матрице РНК начинается создание библиотек
1. геномных
2. клоновой ДНК

81. При создании геномной библиотеки геном представлен
1. целиком
2. фрагментарно

82. Создание геномной библиотеки можно считать амплификацией ДНК
1. in vitro
2. in vivo

83. Создание клоновой библиотеки можно считать амплификацией ДНК
1. in vitro
2. in vivo

84. Полимеразную цепную реакцию можно считать амплификацией ДНК
1. in vitro
2. in vivo

85. При получении животных белков с помощью бактериальной клетки лучше использовать библиотеку ДНК
1. клоновую
2. геномную

86. Метод бесклеточного молекулярного клонирования был разработан в
1. 1973 году
2. 1976 году
3. 1977 году
4. 1985 году

87. Полимеразную цепную реакцию разработал
1. Берг
2. Гилберт
3. Саузерн
4. Маллис

88. Методику переноса ДНК на нитроцеллюлозный фильтр разработал
1. Берг
2. Гилберт
3. Саузерн
4. Маллис

89. При полимеразной цепной реакции количество ДНК от цикла к циклу увеличивается
1. на несколько фрагментов
2. в арифметической прогрессии
3. в геометрической прогрессии

90. Цикл амплификации ДНК in vitro занимает (в минутах)
1. 5
2. 10
3. 15
4. 20

91. Для целей медицинской диагностики чаще всего используют амплификацию ДНК с помощью клонирования
1. в вирусе
2. в плазмиде
3. бесклеточного молекулярного

92. Промотор b-лактамазы
1. сильный регулируемый
2. слабый нерегулируемый
3. слабый регулируемый
4. сильный нерегулируемый

93. Промотор, полученный из бактериофага l
1. сильный регулируемый
2. слабый нерегулируемый
3. слабый регулируемый
4. сильный нерегулируемый

94. Промотор, полученный из бактериофага l регулируется
1. триптофановым голоданием
2. лактозой
3. температурой

95. Наличие интронов и экзонов не характерно для ДНК
1. дрожжей
2. растений
3. животных
4. бактерий

96. Только для эукариотической клетки характерно наличие
1. аттенуатора
2. последовательности Шайна-Дальнарно
3. модулятора

97. Только для эукариотической клетки характерно наличие
1. аттенуатора
2. промотора
3. усилителя

98. При трансфекции лигирование маркерного признака с вводимым геном
1. обязательно
2. необязательно

99. Эффективность вхождения ДНК в клетки
1. высока
2. невысока

100. Частота трансформации ДНК клетки при трансфекции
1. высока
2. невысока

101. Стабильную трансформацию претерпевает при трансфекции 1 из
1. 10 клеток
2. 100 клеток
3. 1000 клеток

102. Метод микроинъекций был разработан
1. Максамом и Гилбертом
2. Мезельсоном и Юанем
3. Андерсеном и Диакумакосом

103. Стабильная трансформация клеток выше при
1. трансфекции
2. микроинъекции
3. достаточно высока в обоих случаях

104. При микроинъекциях трансформируется клеток (%)
1. 1
2. 10
3. 30
4. 50
5. 100

105. Реплицирует рибосомные гены промотор
1. Pol I
2. Pol II
3. Pol III

106. Реплицирует структурные гены белков промотор
1. Pol I
2. Pol II
3. Pol III

107. Реплицирует гены, кодирующие небольшие РНК промотор
1. Pol I
2. Pol II
3. Pol III

108. Для экспрессии эукариотических генов в клетке прокариот необходимо ставить их под контроль регуляторных элементов
1. эукариот
2. прокариот
3. прокариот и эукариот

109. Аттенуаторы располагаются между
1. 1 и 2 структурным геном
2. в конце структурного гена
3. между промотором и 1-м структурным геном
4. между промотором и 2-м структурным геном

110. В качестве маркера для бактериальных клеток используют ген фермента
1. тимидинкиназы
2. лактозы
3. антибиотика

111. В качестве маркера для животной клетки используют ген
1. тимидинкиназы
2. лактозы
3. антибиотика

112. При коннектором методе с использование концевой трансферазы бессмысленные последовательности образовываться
1. могут
2. не могут

113. Метод, наиболее часто используемый при построении гибридных ДНК
1. рестриктазно-лигазный
2. коннекторный
3. с применение линкеров

114. При рестриктазно-лигазном методе бессмысленные последовательности образовываться
1. могут
2. не могут

115. Номенклатуру рестриктаз предложили
1. Смит и Натанс
2. Мезельсон и Юань
3. Смит и Вилькокс

116. Сайты узнавания рестриктазами относительно поворота на 180оС
1. симметричны
2. не симметричны

Закончить предложение:

117. На изменении проницаемости мембраны при пропускании высоковольных импульсов основан метод _____________.
118. Обрабатывая ультразвуком водные эмульсии фосфолипидов, получают _______.
119. На образовании пор в цитоплазматической мембране основан метод _________
120. Для защиты экзогенного генетического материала при введении его в клетку применяют __________
121. ДНК спермы лосося, добавленная к специфическому гену - _________
122. Введение ДНК с помощью преципитата кальция - ______________
123. Регуляторная последовательность, способная понизить уровень транскрипции даже при наличии сильного промотора ___________.
124. Двуцепочечный фрагмент ДНК, необходимый для начала работы полимеразы, называется ___________
125. Вектор, способный к репликации и в бактеральной, и животной клетке - _______
126. Последовательность из 6-8 нуклеотидов, отвечающая за связывание РНК с рибосомой - __________ _____________.
127. Регулируемый промотор называется ____________.
128. Последовательность ДНК, с которой начинается считывание информации - ________
129. Рестриктаза, выделенная из Streptomyces albus, называется _____
130. Рестриктаза, выделенная из Escherichia coli, называется _____
131. Рестриктаза, выделенная из Streptcoccus aureus, называется _____
132. Метилаза, выделенная из Streptomyces albus, называется _____
133. Метилаза, выделенная из Escherichia coli, называется _____
134. Метилаза, выделенная из Streptcoccus aureus, называется _____
135. Рестриктаза, выделенная из Haemophilus parahaemolyticus, называется _____
136. Ферментативный метод предполагает использование __________ ________
137. Фермент, отвечающий за миграцию определенных участков ДНК в пределах хромосомы - _______________.
138. В качестве вектора для введения генов в животную клетку используется ДНК-содержащий вирус ____________.
139. Генетические элементы клетки, способные к миграции в пределах хромосомы, называются _____________.
140. РНК-содержащие вирусы, способные менять геном клетки - __________.
141. Конструирование in vitro функциоонально активных генетических структур называется ________________ ____________.
142. Создание в пробирке рекомбинантных ДНК называется _______ ________.
143. Искусственные генетические структуры называются ______________.
144. Многократное удвоение плазмиды или фрагмента ДНК - ___________.
145. Удвоение гена в клетке или пробирке называется ____________.
146. Фермент, отвечающий за специфическое мечение ДНК в клетке - ________.
147. Фермент, отвечающий за восстановление фосфодиэфирной связи в молекуле ДНК - _____________.
148. Фермент, отвечающий за синтез комплементарной цепи ДНК - ____________.
149. Фермент, модифицирующий «тупые» концы ДНК - ______________.
150. Фермент, вносящий разрывы в двойную цепь ДНК - ____________.
151. За синтез ДНК на матрице РНК отвечает фермент __________ ____________.
152. Рестриктаза, выделенная из Bacillus subtilis, называется _____
153. Промотор, иниициирующий транскрипцию редко - ____________
154. Промотор, инициирующий транскрицию часто - _______________.
155. Небольшой олигонуклеотид, содержащий разноименные липкие концы называется ___________.
156. Белок, препятствующий связыванию полимеразы с ДНК - ____________
157. Этап полимеразной цепной реакции, когла образуются одноцепочечный фрагмент, связанный с праймером - _____________.
158. Введение ДНК в клетки с помощь. ДЭАЭ-декстрана - _______________.
159. Способ введения ДНК, основанныей на изменении проницаемости ЦПМ путем обработки электроимрульсами называется


п\п Название учебников, учебных пособий и других источников Авторы (под ред.) Издательство Год издания
Основная:
1. Основы биотехнологии: учебное пособие Т. А. Егорова, С. М. Клунова, Е. А. Живухина М.: Академия
2. Современная биотехнология Елдышев Ю.Н. М:Тайдекс Ко
3. Гидромикробиологический анализ сточных вод. Методические указания. Макаревич Е.В. Литвинова М.Ю. Мурманск МГТУ
4. Экология микроорганизмов Нетрусов А.И. М.: Академия
Промышленная микробиология и биотехнология Макаревич Е.В. МГТУ
Основы промышленной биотехнологии: учеб. пособие для вузов Бирюков, В. В. М. : Колос
Молекулярная биотехнология: Принципы и применение / пер. с англ. Н. В. Баскаковой Глик, Б. М. : Мир
Теоретические основы биотехнологии и практические аспекты их использования при производстве ряда биологически активных веществ из сырья животного, водного и растительного происхождения в народном хозяйстве России и медицине. Ч.1,2 Семенов, Б. Н. КГТУ. - Калининград
Микроорганизмы заквасок кисломолочных продуктов. Методические указания. Макаревич Е.В., Литвинова М.Ю. Мурманск МГТУ 2009.
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Ведение в биотехнологию» Литвинова М.Ю. Мурманск МГТУ
Дополнительная:
Введение в биотехнологию Бекер М.Е. М.: Пищевая пром
Определитель бактерий Берджи. В 2 т. Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Смита и др. М.: Мир
Промышленная микробиология. Под ред. Егорова Н.С. М.: Высшая школа
Техническая микробиология рыбных продуктов. Дутова Е.Н. и др. . М.: Пищевая пром
Микробиология пищевых производств. Вербина Н.М., Каптерова Ю.В. М.: Агропромиздат
Основные питательные среды для культивирования микроорганизмов. Приготовление питательных сред. Методические указания к выполнению лабораторной работы. Богданова О.Ю., Макаревич Е.В. Мурманск МГТУ
Микробиология продуктов животного происхождения Мюнх Г.Д., Заупе Х., Шрайтер М.и др. М.: Агропромиздат
Микробиология в пищевой промышленности. Жвирблянская А.Ю., Бакушинская О.А. М.: Пищевая пром-сть

ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ ЗАДАНИЙ

Предпос-ледняя цифра шифра Последняя цифра шифра
1, 17, 29, 48, 134,80,127 2, 18, 31,49, 133,81,128 3, 19, 32,50, 132,82,129 4, 20, 33,51, 131,83,130 5, 21, 34,52, 130,84,131 6, 22, 35,53, 129,85,132 7, 23, 36,54, 128,86,133 8, 24, 37,55, 127,88,134 9, 25, 38,56, 126,89,135 10, 26, 30,57, 125,87,136
11, 27, 40,52, 124,90 ,137 12, 28, 29,46, 123,91,138 13, 17, 31,45, 122,92,139 14, 18, 33,44, 121,93,140 15, 19, 40,43, 120,94,141 16, 20, 34,42, 119,95,142 1, 21, 39,41, 118,96,143 2, 22, 40,60, 117,97,144 3, 23, 30,59, 116,98,145 4, 24, 40,58, 115,99,146
5, 25, 36,45, 114,70,147 6, 19, 26, 32, 113,71,148 7, 27, 29,51, 112,72,149 8, 28, 31,44, 111,73,150 9, 17, 37,58, 110,74,151 10, 18, 39,60, 109,75,152 11, 19, 34, 42, 108,76,153 12, 20, 30,50, 107,77,154 13, 21, 37,56, 106,78,155 14, 22, 38, 47, 105,79,156
15, 23, 32,59, 135,43,157 16, 24, 38,49, 103,85,158 1, 25, 38,51, 102,72,159 2, 26, 58, 39, 101, 126,85 3, 27, 31,52, 100,94,127 4, 28, 37,44, 99,112,128 5, 17, 30, 56, 98,130,129 6, 18, 34, 55, 97,69,130 7, 19, 39,60, 96,123,131 8, 20, 33, 44, 95,110,132
9, 21, 39,47, 94,127,133 10, 22, 40,51, 93,128,134 11, 23, 39, 47, 92,129,135 12, 25, 33, 44, 91,130,136 13, 26, 31,59, 90,131,137 14, 28, 30,58, 89,132,138 15, 27, 31,42, 88,133,139 16, 28, 36,45, 87,134,140 1, 17, 34, 56, 86,102,141 2, 18, 39,57, 85,103,142
3, 19, 38,51, 84,104,143 4, 21, 38,53, 83,105,144 5, 20, 33,50, 82,106,145 6, 23, 29,57, 81,107,146 7, 22, 30,59, 80,108,147 8, 25, 29,60, 79,109,148 9, 24, 38,49, 78,110,149 10, 27, 31,54, 77,111,150 11, 25, 39,42, 76,112,151 12, 24, 34,52, 75,113,152
13, 17, 32,41, 74,114,153 14, 18, 33,42, 73,115,154 15, 19, 40,59, 72,116,155 16, 20, 30,43, 71,117,156 1, 21, 30,44, 70,118,157 2, 22, 31,45, 69,119,158 3, 23, 29,46, 68,120,159 4, 24, 39,47, 67,121,127 5, 26, 31,60, 113,95,128 6, 27, 40,55, 66,122,129
7, 28, 33,48, 65,123,130 8, 28, 32,49, 64,124,131 9, 17, 30,50, 73,125,132 10, 18, 38,51, 100,78,133 11, 19, 39,52, 101,77,134 12, 20, 32,52, 102,83,135 13, 21, 34,53, 103,84,136 14, 22, 29,54, 104,85,137 15, 28, 33,52, 105, 86,138 16, 23, 31,45, 106,87,139
1, 27, 34, 55, 107,72,140 2, 26, 30,56, 108,74,141 3, 22, 40,57, 109,75,142 4, 25, 39,58, 110,76,143 5, 26, 40,59, 111,77,144 6, 17, 33,60, 112, 78,145 7, 18, 38,45, 113,79,146 8, 19, 35, 41, 114,90,147 9, 20,29,53, 115,134, 10,21,38,56,116, 133,149
11,22,30,42,150 117,132 12, 23, 37,43, 153 118,131 13, 24, 32,44,154 119,57 14, 27, 40,68,155 120,93 15, 23, 38,66,156 121,84 16, 23, 30,51,157 122, 74 1, 22, 40,78,158 123, 59 2, 17, 39,99,159 124,55 3, 18, 33,41,160 125,96 4, 19, 29,45,143 126,87

Похожая информация.



5.1.5 Инженерная энзимология. Иммобилизованные биообъекты в биотехнологическом производстве .

  • Инженерная энзимология и повышение эффективности биообъектов (индивидуальных ферментов, ферментных комплексов и клеток продуцентов) в
условиях производства. Иммобилизованные (на нерастворимых носителях)

биообъекты и их многократное использование. Ресурсосбережение.

Экологические преимущества.


  • Экономическая целесообразность. Повышение качества препаратов
лекарственных веществ (гарантия высокой степени очистки, отсутствия белковых

примесей).

Нерастворимые носители органической и неорганической природы. Микроструктура носителей.


  • Иммобилизация за счет образования ковалентных связей между ферментом и носителем. Предварительная активация носителя. Механизм активации. Влияние иммобилизации на их субстратный спектр и кинетические характеристики фермента.

  • Адсорбция ферментов на инертных носителях и ионообменниках. Причины частичных ограничений использования этого метода иммобилизации

  • Иммобилизация ферментов путем включения в ячейки геля. Органические и неорганические гели. Микрокапсулирование ферментов как один из способов их иммобилизации. Размеры и состав оболочки микрокапсул.

  • Иммобилизация целых клеток микроорганизмов и растений. Моноферментные биокатализаторы на основе целых клеток. Проблемы диффузии субстрата в клетку и выхода продукта реакции. Пути повышения проницаемости оболочки у иммобилизуемых клеток. использование ростового цикла для иммобилизации клеток в наиболее продуктивной фазе. Особенности физиологии клеток, находящихся в ячейках геля. Проблемы иммобилизации продуцентов при локализации целевого продукта внутри клетки. Пути решения этих проблем.

  • Ферменты как промышленные биокатализаторы. Использование иммобилизованных ферментов при производстве полусинтетических β-лактамных антибиотиков, трансформации стероидов и разделении рацематов аминокислот на стереоизомеры.

  • Создание биокатализаторов второго поколения на основе одновременной иммобилизации продуцентов и ферментов.

  • Производственные типы биореакторов для иммобилизованных ферментов и клеток продуцентов.

  • Иммобилизованные ферменты и лечебное питание. Удаление лактозы из молока с помощью иммобилизованной β-галактозидазы. Превращение глюкозы во фруктозу с помощью иммобилизованной глюкоизомеразы.

5.1.6. Геномика и протеомика. Их значение для современной биотехнологии.


  • Основные этапы развития генетики. Формальная генетика (генетика признаков). Молекулярная генетика (установление молекулярной структуры гена, дифференциация оперона и открытой рамки считывания, установление функций индивидуальных генов). Геномика (установление молекулярной структуры – последовательности пар нуклеотидов в целостном геноме и общих принципов его структурно-функциональной организации). Значение международного проекта «Геном человека» в медико-биологическом аспекте.

  • Протеомика. Белки и их взаимодействие в живых организмах. Методы протеомики. Совершенствование методов двухмерного электрофореза и «визуализация» протеома. Значение протеомики для фармации.

  • Техника секвенирования. Международные базы данных геномных исследований. Биоинформатика. Базы данных по структурной, сравнительной и функциональной геномике.

  • Значение геномики для целей фармации. Новые подходы к созданию лекарств. Целенаправленный поиск лекарственного агента, начиная с выбора гена, при взаимодействии с продуктами экспрессии которого, предполагается испытувать ряды природных и синтетических соединений как потенциальных лекарств.

  • Понятие жизненной необходимости (существенности) гена. Дифференциация генов патогенных микроорганизмов на “house keeping” и “ivi”-гены. Выявление у патогенов новых мишеней для антимикробных лекарственных агентов.

5.1.7. Биосинтез. Молекулярные механизмы внутриклеточной регуляции и управление биосинтезом.
Управление биосинтезом первичных и вторичных метаболитов


  • Индукция и репрессия синтеза ферментов. Функциональные участки оперона . Механизмы регуляции действия генов и их использование в биотехнологических процессах. Схема Жакоба и Мано.

  • Ингибирование активности ферментов по принципу обратной связи (ретроингибирование). Аллостерические ферменты. Значение этого механизма в регуляции жизнедеятельности клетки и пути преодоления ограничений биосинтеза целевых продуктов у суперпродуцентов. Создание мутантов с нарушением аллостерического центра у ключевых ферментов биосинтетических путей. Оптимизация подбора сред (среды с уменьшенным содержанием конечных продуктов биосинтетических путей).

  • Строгий (stringent ) аминокислотный контроль метаболизма. Гуанозинтетрафосфат как биорегулятор. Рибосома как сенсорная органелла. Ассоциированная с рибосомой пирофосфаттрансфераза. Rel А+-и Rel А-штаммы. Видовая специфичность структуры гуанозинфосфатных регуляторов. Биосинтез различных целевых биотехнологических продуктов и роль системы регуляции метаболизма, обусловленной гуанозинтетрафосфатом.

Защита рекомбинантных нуклеиновых кислот и белков от нуклеаз и протеаз продуцента.


  • Регуляция усвоения азотсодержащих соединений. Глутамин, глутамат, аспартат и их роль в ключевых реакциях обеспечения клетки-продуцента азотом. Глутамин-синтаза – главная мишень для регуляторных воздействий применительно к конкретным целям биотехнологии. Понятие кумулятивного ретроингибирования . Ингибирование активности глутамин-синтазы за счет аденилирования. Деаденилирование и состав среды. Ион аммония как регрессор синтеза глутамина и его метаболитов.

  • Катаболитная регрессия (глюкозный эффект) и подавление синтеза катаболических ферментов. Транзиентная репрессия. Исключение индуктора. Механизм катаболитной репрессии. Циклический 3"5"-аденозинмонофосфат (цАМФ). Аденилатциклаза. Биологические эффекты цАМФ. Мутанты, устойчивые к катаболитной репрессии, и их использование в биотехнологии. Противодействие этому эффекту за счет подбора сред: физиологический уровень или уровень конструирования устойчивых к катаболитной репрессии мутантов – генетический уровень.

  • Регуляция усвоения азотсодержащих соединений. Ключевые соединения в биосинтезе азотсодержащих соединений. Ферменты синтеза глутамата и глутамина. Понятие кумулятивного ретроингибирования. Мутанты с измененной регуляцией азотного метаболизма и возможности интенсификации биосинтеза ряда первичных, вторичных метаболитов и некоторых ферментов.

  • Явление ограниченного протеолиза и возможности его использования.

  • Защита клетки-продуцента от образуемых метаболитов с «суицидным» эффектом. Компартментация. Временная (обратимая) ферментативная инактивация с реактивацией при выбросе из клетки.

  • Защита в клетке рекомбинанта чужеродных генов и кодируемых этими генами белков от нуклеаз и протеаз хозяина.

Внутреклеточный транспорт и секреция биотехнологических продуктов у микроорганизмов.


  • Структура и видовая специфичность оболочки. Роль клеточной стенки, внешней и внутренней мембраны. Биосинтез полимеров оболочки. Литические ферменты.мембранные систему транспорта ионов и низкомолекулярных метаболитов.

  • Классификация систем транспорта. Регуляция их функций. Биотехнологические аспекты транспорта низкомолекулярных соединений в клетку и из клетки. Механизмы секреции высокомолекулярных биотехнологических продуктов.

  • Фосфорный обмен и энергообеспечение.

Сохранение свойств промышленных штаммов микроорганизмов – продуцентов лекарственных средств.


  • Проблемы стабилизации промышленных штаммов. Причины нестабильности суперпродуцентов. Способы поддержания их активности.

  • Международные и национальные коллекции культур микроорганизмов и их значение для развития биотехнологии. Банки данных о микроорганизмах, растительных и животных клетках и отдельных штаммах микроорганизмов.

5.1.8. Рекомбинантные белки и полипептиды. Получение путем микробиологического синтеза биорегуляторов с видоспецифичностью для человека.


  • Белковые и полипептидные гормоны. Факторы роста тканей и врожденного иммунитета. Иммуногенность препаратов, получаемых из тканей сельскохозяйственных животных.

  • Генно-инженерный инсулин. Технология его получения. Источники получения инсулина из животного сырья .

  • Технология получения инсулина человека на основе использования рекомбинантных штаммов.

  • Контроль за концентрацией инсулина в крови человека. Радиоиммунный анализ.

  • Эритропоэтин. Фактор созревания эритроцитов. Клонирование гена эритропоэтина человека. Технология получения. Лекарственные формы.

  • Интерфероны. Клонирование гена интеферона в клетках E. Coli и дрожжах.

  • Рекомбинантные вакцины. Актуальность их создания.

5.2. Биотехнологические производственные системы.
5.2.1. Слагаемые биотехнологического процесса производства лекарственных препаратов.


  • Основные "варианты" биотехнологий. Биотехнологический процесс как базовый этап, обеспечивающий сырье для получения лекарственных, профилактических или диагностических препаратов.

  • Различная степень сложности производственных биотехнологических процессов. Ее зависимость от природы биообъекта, целевого продукта, его назначения и лекарственной формы.

  • Ферментация определяющий этап биотехнологического процесса. Ферментационное оборудование. Цех ферментации. Конструкция ферментеров.

  • Подготовительные операции для проведения биосинтеза. Стерилизация ферментеров и трубопроводов. Проблемы гермитизации оборудования и коммуникаций. Питательные среды и методы их стерилизации. Критерий дейндорфера – Хемфри. Сохранение биологической полноценности сред при их стерилизации. Очистка и стерилизация технологического воздуха. Барботажное устройство. Многоэтапность подготовки посевного материала и контроль чистоты культуры.

  • Комплексные и синтетические питательные среды. Концентрация отдельного расходуемого компонента питательной среды и скорость размножения биообъекта. Уравнение Моро.

  • Критерии подбора ферментов. Классификация ферментационных процессов по технологическим параметрам (периодический, полупериодический, непрерывный). Глубинная и поверхностная ферментации.

  • Выделение и очистка целевого продукта. Методы отделения биопродуцента от целевого продукта. Методы отделения целевого продукта от культуральной жидкости. Методы разрушения клеток продуцента и извлечения целевого продукта при его внутриклеточной локализации.

  • Сорбционная и ионообменная хроматография. Аффинная хроматография для ферментов. Мембранные технологии разделения. Методы сушки.

  • Методы создания лекарственных форм препаратов, полученных биотехнологическим путем.

  • Стандартизация лекарственных средств, получаемых методами биотехнологии. Фасовка.

5.2.2. Контроль и управление биотехнологическими процессами.


  • Основные параметры контроля и управления биотехнологическими процессами. Общие требования к методам и средствам контроля . Современное состояние методов и средств автоматического контроля в биотехнологии.

  • Контроль состава технологических растворов и газов. Потенцио-метрические методы контроля рН и ионного состава. Датчики рН и ионоселективные электроды.

  • Газочувствительные электроды. Стерилизуемые датчики растворенных газов.

  • Контроль концентрации субстратов и биотехнологических продуктов. Титригметрические методы. Оптические методы. Биохимические (ферментативные) методы контроля.

  • Электроды и биосенсоры на основе иммобилизованных клеток.

  • Высокоэффективная жидкостная хроматография при решении задач биотехнологического производства.

  • Основные теории автоматического регулирования. Статические и динамические характеристики биотехнологических объектов. Классификация объектов управления в зависимости от динамических характеристик.

  • Компьютеризация биотехнологического производстве лекарственных препаратов. Создание автоматизированных рабочих мест. Разработка автоматизированных систем управления. Пакеты прикладных программ.

  • Применение компьютерной техники на различных этапах производства и получения биотехнологических продуктов. Принципы и этапы анализа данных и математического моделирования биотехнологических систем. Планирование и оптимизация многофакторных экспериментов.

  • Кинетические модели биосинтеза и биокатализа.

  • Организация автоматизированных банков данных по биотехнологическим процессам и продуктам.

5.3. Биобезопасность и государственный контроль. Единая система GLP-GCP И GMP для производства и контроля качества лекарственных средств, полученных биотехнологическими методами.


  • Основы законодательства в области здравоохранения. Порядок оказания лекарственной помощи; производство и качество лекарственных средств; «Федеральный закон о лекарственных средствах».

  • Связь медико-биологических требований (эффективность и безопасность) с качеством лекарственных веществ. Терминология: качество, уровень качества.
Стандартизация лекарственных средств, нормативная документация (НД): Государственная фармакопея, общие фармакопейные статьи (ОФС), фармакопейные статьи (ФС), фармакопейные статьи предприятий (ФСП). Законодательный характер фармакопейных статей. Общая характеристика НД (требования, нормы и методы контроля). Роль НД в повышении качества лекарственных средств.

  • Международные и региональные сборники унифицированных требований и методов испытания лекарственных средств, их роль и влияние на развитие фармацевтической химии и стандартизации лекарственных средств: Международная фармакопея ВОЗ, Европейская фармакопея и другие региональные и национальные фармакопеи.

  • Предклинические испытания лекарств в соответствии с правилами good laboratory practice (GLP): тесты in vitro и in vivo , стандартизация реагентов, линейные животные и их содержание.

  • Клиническое изучение лекарств в соответствии с требованиями good clinical practice (GCP). Информация для лиц, получающих испытываемые лекарства. Правила повышения достоверности результатов клинических испытаний.

  • Правила GMP при производстве и контроле качества лекарственных препаратов и их субстанций. Причины и история введения правил GMP. Международная организация по сертификации и удостоверению качества лекарств.

  • Правила GMP и меры безопасности для биотехнологических производств. Карантин.

  • Международная законодательная база по биобезопасности и ее реализация.

  • Законодательная база России по биобезопасности.

5.4. Биотехнология и проблемы экологии.


  • Преимущества биотехнологии в экологическом аспекте перед традиционными технологиями.

  • Охрана окружающей среды и пути совершенствования биотехнологических процессов. Малоотходные технологии.

  • Отходы биотехнологических производств и пути их утилизации.

  • Очистка жидких отходов. Биологический способ. Аэтотенки. Активный ил. Штаммы-деструкторы.

  • Уничтожение или переработка твердых отходов. Стерилизация биомассы. Биологические, физико-химические и термические методы обезвреживания мицелиальных отходов. Использование стерилизованной биомассы как подкормки для сельскохозяйственных животных. Использование биомассы при производстве строительных материалов и пеногасителей.

  • Методы уничтожения газообразных отходов. Биологические, физико-химические и термические методы рекуперации и обезвреживания выбросов в атмосферу.

5.5. Биомедицинские технологии


  • Определение понятия "биомедицинские технологии". Решение кардинальных проблем медицины на основе достижений биотехнологии. Международный проект "Геном человека" и его цели. Этические проблемы.

  • Антисмысловые нуклеиновые кислоты, пептидные факторы роста тканей и другие биологические продукты новых поколений - молекулярные механизмы их биологической активности и перспективы практического применения.

  • Коррекция наследственных болезней на уровне генотипа (генотерапия) и фенотипа.

  • Биопротезирование. Репродукция тканей. Трансплантация тканей и органов. Поддержание гомеостаза. Гемосорбция. Диализ.

  • Оксигенация. Перспективы использования гормонов, продуцируемых вне эндокринной системы.

  • Состояние и направления развития биотехнологии лекарственных форм - традиционных и инновационных.

5.6. ЧАСТНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ.
5.6.1. Биотехнология первичных метаболитов .
5.6.1.1. Биотехнология аминокислот.


  • Биологическая роль аминокислот и их применение в качестве лекарственных средств.

  • Химический и химико-энзиматический синтез аминокислот. Проблемы стереоизомерии. Разделение стереоизомеров с использованием ферментативных методов (ацилаз микроорганизмов).

  • Микробиологический синтез аминокислот. Создание суперпродуцентов аминокислот. Особенности регыляции и схемы синтеза различных аминокислот у разных видов микроорганизмов. Мутанты и генно-инженерные штаммы-продуценты аминокислот.

  • Получение аминокислот с помощью иммобилизованных клеток и ферментов.

  • Основные пути регуляции биосинтеза и его интенсификация.

  • Механизмы биосинтеза глутаминовой кислоты, лизина, треонина.
5.6.1.2. Биотехнология белковых лекарственных веществ.

  • Биотехнология белковых лекарственных веществ. Рекомбинантные белки, принадлежащие к различным группам физиологически активных веществ.

  • Инсулин. Источники получения. Видовая специфичность. Иммуногенные примеси. Перспективы имплантации клеток, продуцирующих инсулин.

  • Рекомбинантный инсулин человека. Конструирование плазмид. Выбор штамма микроорганизма. Выбор лидерной последовательности аминокислот. Отщепление лидерных последовательностей. Методы выделения и очистки полупродуктов. Сборка цепей. Контроль за правильным образованием дисульфидных связей. Ферментативный гидролиз проинсулина. Альтернативный путь получения рекомбинантного инсулина; синтез А- и В-цепей в разных культурах микробных клеток. Проблема освобождения рекомбинантного инсулина от эндотоксинов микроорганизмов-продуцентов. Биотехнологическое производство рекомбинантного инсулина. Экономические аспекты. Создание рекомбинантных белков "второго поколения" на примере инсулина.

  • Интерферон (Интерфероны). Классификация, α-, β-, у- Интерфероны. Интерфероны при вирусных и онкологических заболеваниях. Видоспецифичность интерферонов Ограниченные возможности получения α- и γ-интерферонов из лейкоцитов и Т-лимфоцитов. Лимфобластоидный интерферон. Методы получения β-интерферона при культивировании фибробластов. Индукторы интерферонов. Их природа. Механизм индукции. Промышленное производство интерферонов на основе природных источников.

  • Синтез различных классов интерферона человека в генетически сконструированных клетках микроорганизмов. Экспрессия генов, встроенных в плазмиду. Вариации в конформации синтезируемых в клетках микроорганизмов молекул интерферонов за счет неупорядоченного замыкания дисульфидных связей. Проблемы стандартизации. Производство рекомбинантных образцов интерферона и политика различных фирм на международном рынке.

  • Интерлейкины. Механизм биологической активности. Перспективы практического применения. Микробиологический синтез интерлейкинов. Получение продуцентов методами генетической инженерии. Перспективы биотехнологического производства.

  • Гормон роста человека. Механизм биологической активности и перспективы применения в медицинской практике. Микробиологический синтез. Конструирование продуцентов.

5.6.1.3. Ферментные препараты


  • Ферменты в качестве лекарственных средств. Протеолитические ферменты. Амилолитические и липолитические ферменты. L-аспарагиназа.

  • Механизм каталитического действия, общие свойства и области применения медицинских ферментов (L-аспарагиназы, β-галактозидазы, α-амилазы, солизим, террилитин, стрептокиназы, трипсин, химотрипсин, пепсин, урокиназы, бромелин, папаин, фицин).

  • Микробиологический синтез ферментов для медицинских целей.

5.6.1.5. Иммунология как один из разделов биотехнологии.


  • Основные составляющие и пути функционирования иммунной системы.

  • Иммуномодулирующие агенты: иммуностимуляторы и иммуносупрессоры (иммунодепрессанты).

  • Усиление иммунного ответа с помощью иммунобиопрепаратов. Вакцины на основе рекомбинантных протективных антигенов или живых гибридных носителей. Антисыворотки к инфекционным агентам, к микробным токсинам.

  • Неспецифическое усиление иммунного ответа. Рекомбинантные интерлейкины, интерфероны и др. Механизмы биологической активности. Подавление иммунного ответа с помощью иммунобиопрепаратов. Рекомбинантные антигены. IgE - связующие молекулы и созданные на их основе толерогены. Иммунотоксины. Антиидиотипическне антитела в качестве мишени для аутоантител. Специфическая плазмоиммуносорбция. Неспецифическое подавление иммунного ответа. Моноклональные антитела против цитокинов. Неспецифичная гемосорбция и иммуноплазмофорез.

  • Медиаторы иммунологических процессов. Их функциональная совокупность. Обеспечение гомеостаза. Технология рекомбинантной ДНК и получение медиаторов иммунологических процессов.

5.6.1.6. Производство моноклоналъных антител и использование соматических гибридов животных клеток.


  • Механизмы иммунного ответа на конкретный антиген. Разнообразие антигенных детерминантов. Гетерогенность (полнклональность) сыворотки. Преимущества при использовании монеклональных антител. Клоны клеток злокачественных новообразований. Слияние с клетками, образующими антитела. Гибридомы.

  • Криоконсервирование. Банки гибридом. Технология производства моноклональных антител.

  • Области применения моноклинальных антител. Методы анализа, основанные на использовании моноклональных (в отдельных случаях поликлональных) антител

  • Иммуноферментный анализ (ИФА). Метод твердофазного иммуноанализа (EL1SA - enzyme linked immunosorbentassay).

  • Радиоиммунный анализ (РИА). Преимущества перед традиционными методами при определении малых концентраций тестируемых веществ и наличии в пробах примесей с близкой структурой и сходной биологической активностью.

  • ДНК- и РНК-зонды как альтернатива ИФА и РИА при скрининге продуцентов биологически активных веществ (обнаружение генов вместо продуктов экспрессии генов).

  • Моноклональные антитела в медицинской диагностике. Тестирование гормонов, антибиотиков, аллергенов и т.д. Лекарственный мониторинг. Ранняя диагностика онкологических заболеваний. Коммерческие диагностические наборы на международном рынке.

  • Моноклональные антитела в терапии и профилактике. Перспективы высокоспецифичных вакцин, иммунотоксинов. Включение моноклональных антител в оболочку липосом и повышение направленности транспорта лекарств.

  • Типирование подлежащих пересадке тканей. Обязательное тестирование препаратов моноклональных антител на отсутствие онкогенов.

  • Моноклональные антитела как специфические сорбенты при выделении и очистке биотехнологических продуктов.

5.6.2. Биотехнология вторичных метаболитов.
5.6.2.1. Плантационные и дикорастущие лекарственные растения.


  • Лекарственные растения – традиционный источник лекарственных средств. Применение вторичных метаболитов высших растений для медицинских целей. Основные классы вторичных метаболитов (эфирные масла, фенольные соединения, алкалоиды, стероиды, сердечные гликозиды).

  • Биотехнологические методы повышения продуктивности лекарственных растений. регуляторы роста растений. Фитогормоны.

  • Трудности со сбором лекарственного сырья. Проблемы нестандартности.

5.6.2.2 . Вторичные метаболиты растений. Культуры растительных клеток и тканей как источник получения лекарственных средств.


  • Разработка методов культивирования растительных тканей и изолированных клеток как достижение биотехнологической науки.

  • Культивирование растительных клеток и тканей на искусственной питательной среде в биореакторах различных конструкций.

  • Каллусные и суспензионные культуры. Особенности роста и метаболизма растительных клеток в культурах. Питательные среды для культивирования растительных клеток. Макроэлементы, микроэлементы, источники железа и углерода, витамины. Фитогормоны-специфические регуляторы роста (ауксины, цитокинины). Проблемы стерильности.

  • Биореакторы.

  • Примеры лекарственных средств, полученных на основе каллусных и суспензионных культур клеток растений.

  • Иммобилизация растительных клеток и ее использование в биотехнологическом производстве. Нерастворимые носители, используемые при иммобилизации растительных клеток.

  • Применение иммобилизованных растительных клеток для целенаправленной биотрансформации лекарственных веществ. Преимущество ферментативной трансформации по сравнению с химической .

  • Методы контроля и идентификации (цитофизиологические, химические, биохимические и биологические) биомассы и препаратов, полученных методами клеточной биотехнологии.




  • Возможность изменения состава и повышения выхода вторичных метаболитов (потенциальных лекарственных средств) из клеток трансгенных растений.

5.6.2.3 Биотехнология витаминов и коферментов.


  • Биологическая роль витаминов. Классификация витаминов. Традиционные методы получения (выделение из природных источников и химический синтез).

  • Микробиологический синтез витаминов и конструирование штаммов-продуцентов методами генетической инженерии.

  • Витамин В2 (рибофлавин). Основные продуценты. Схема биосинтеза и пути интенсификации процесса

  • Коферменты как производные витаминов. Механизм каталитической активности витаминов.

  • Микробиологический синтез витаминов группы В. Витамин В 12 . Его продуценты – пропионовокислые бактерии. Схема и пути регуляции биосинтеза. Продуценты витамина В 12 , получаемые методом генной инженерии.

  • Микробиологический синтез пантотеновой кислоты, витамина РР.

  • Витамин В 2 (рибофлавин) и его продуценты из родов Eremothecium и Ashdea . Конструирование генно-инженерного штамма – промышленного продуцента витамина В 2 .

  • Микробиологический синтез витамина РР (никотиновая кислота).

  • Биотехнологическое производство аскорбиновой кислоты (витамина С). Технология производственного процесса. Микроорганизмы-продуценты. Различные схемы биосинтеза в промышленных условиях . Химический синтез аскорбиновой кислоты и стадия биоконверсии в производстве витамина С.

  • Витамины группы D. Эргостерин – провитамин D 2 в клетках дрожжей и плесневых грибов.

  • Витамин А. микробиологический синтез β-каротина

  • Убихиноны (коферменты Q). Источники получения: растительные ткани и микробная биомасса. Методы генной инженерии применительно к созданию продуцентов убихинонов Q 9 и Q 10

        1. Биотехнология стероидных гормонов

  • Традиционные источники получения стероидных гормонов. Проблемы трансформации стероидных структур. Преимущества биотрансформации перед химической трансформацией. Штаммы микроорганизмов, обладающие способностью к трансформации (биоконверсии) стероидов. Конкретные реакции биоконверсии
стероидов. Подходы к решению селективности процессов биоконверсии.

  • Микробиологический синтез гидрокортизона и получение из него путем биоконверсии преднизолона

5.6.2.5. Вторичные микробные метаболиты. Биотехнология антибиотиков.


  • Почвенные биоценозы и разнообразие составляющих их видов микроорганизмов. Поиск и первичная оценка вторичных метаболитов. Методы скрининга продуцентов.

  • Биологическая роль антибиотиков как вторичных метаболитов. Происхождение антибиотиков и эволюция их функций.

  • Основные группы микророрганизмов, образующих антибиотики: плесневые грибы (низшие эукариоты), актиномицеты и споровые эубактерии (прокариоты). Особенности структуры их клеток и физиологии.

  • Полусинтетические антибиотики. Биосинтез и оргсинтез при создании новых антибиотиков.

  • Биологическая роль антибиотиков как фактор преодоления стрессовых ситуаций для своего продуцента (ингибиторы роста других микроорганизмов и сигнальные молекулы при перестройке метаболизма в случае дефицита питательных веществ).

  • Молекулярный механизм антимикробного действия различных групп антибиотиков и системы защиты продуцентов от образуемых ими антибиотиков.

  • β-Лактамные антибиотики (пенициллины, цефалоспорины и др.) – ингибиторы синтезапептидогликана клеточной стенки.

  • Гликопептидные антибиотики

  • Антибиотики полиеновой структуры (амфотерицин В, нистатин и др.) и нарушение молекулярной организации цитоплазматической мембраны плесневых грибов и дрожжей.

  • Антибиотики – ингибиторы белкового синтеза (на уровне рибосимно-матричных систем).

  • Аминогликозиды (стрептомицин, канамицин и др.)

  • Летальные белки как результат нарушения считувания генетического кода при трансляции. Тетрациклины.

  • Макролиды (эритромицин и др.).

  • Антибиотики – ингибиторы белкового синтеза на дорибосомной стадии процесса (мупироцин и др.)

  • Антибиотики – ингибиторы синтеза и превращений нуклеиновых кислот (суперскручивание ДНК).

  • Анзамицины (рифампицин и др.)

  • Хинолоновые (фторхонолоновые структуры).

  • ДНК-тропные антибиотики, применяемые в онкологической практике (антрациклины, блеомицин, митомицины и др.).

  • Суперпродуценты антибиотиков, используемые в биотехнологическом производстве. Сборка углеродного скелета антибиотиков из первичных метаболитов. Схема биосинтеза β-лактамных антибиотиков (пенициллинов и цефалоспоринов) из аминокислот. Схема биосинтеза стрептомицина,

  • Направленный биосинтез. Получение бензилпенициллина при внесении в среду фенилуксусной кислоты.

5.6.2.6. Молекулярные механизмы резистентности бактерий к антибиотикам.


  • Генетические основы антибиотикоресистентности Хромосомная и плазмидная резистентность. Транспозоны. Целенаправленная биотрансформация и химическая трансформация β-лактамных структур.

  • Новые поколения цефалоспоринов, пенициллинов, эффективные в отношении резистентных микроорганизмов. Карбапенемы. Монобактамы. Комбинированные препараты: амоксиклав, уназин. Полусинтетические пенициллины используемые в клинике.

  • Полусинтетические пенициллины (ампициллин, азлоциллин, мезлоциллин, пиперациллин, карбенициллин и т.п.) используемые в клинике. Получение из бензилпеницилина 6-АПК методом ферментативного гидролиза. Получение полусинтетических пенициллинов методами ферментативного синтеза (биотрансформация 60АПК).

  • Четыре генерации цефалоспоринов, внедренных в кленическую практику. Схема превращения бензилпенициллина в 7-фенилацетамидооксицефалоспорановую кислоту. Полусинтетические цефалоспорины (цефалексин идр.). полусинтетические цефалоспорины на основе 7-аминодезаацетоксицефалоспорановой кислоты (7-АЦК). Цефалоспорины четвертого поколения – цефипим, цефпиром. Сочетание биосинтеза, органического синтеза, биологической и химической трансформации при получении новых, перспективных для клинической практики цефалоспоринов.

  • Механизмы резистентности к аминогликозидным антибиотикам. Целенаправленная трансформация аминогликозидов. Амикацин как полусинтетический аналог природного антибиотика бутирозина.

  • Новые полусинтетические макролиды и азалиды - аналоги эритромицина, эффективные в отношении внутриклеточной локализованных возбудителей инфекций.

  • Природные источники генов резистентности к антибиотикам. Организационные мероприятия как путь ограничения распространения генов антибиотикорезистентности.

  • Понятие «инфекционная резистентность» и «госпитальные инфекции».

  • Противоопухолевые антибиотики. Механизм действия. Ферментативная внутриклеточная активация некоторых противоопухолевых антибиотиков. Механизмы резистентности опухолевых клеток к противоопухолевым препаратам. Р-170 гликопротеин и плейотропная резистентность. Пути преодоления плейотропной антибиотикорезистентности.

5.6.2.7. Вторичные микробные метаболиты – ингибиторы сигнальной трансдукции. Иммуносупрессоры.


  • Множественность механизмов, обеспечивающих распознавание клеткой внешних воздействий и каскад ответных реакций на них.

  • Циклоспорин А – ингибитор иммунного ответа на уровне кальцийнейрина. Применение циклоспорина А в трансплантологии и для лечения аутоиммунных болезней. Молекулярный механизм действия циклоспорина. Возможность применения циклоспорина А и его производных MDR фенотипа в комбинированной противоопухолевой химиотерапии.

  • Новые иммуносупрессоры природного происхождения (рапамицин, FK 506 и др.). Перспективы применения в трансплантологии, при лечении аутоиммунных и онкологических заболеваний.

6. ПЛАН ЛЕКЦИЙ


Тема лекции

Количество часов, лектор

1.

Предмет и содержание биотехнологии, ее взаимосвязь с химическими, медико-биологическими и техническими дисциплинами. История развития. Особенности и основные достижения современного этапа развития биотехнологии. Связь биотехнологии с фундаментальными науками второй половины ХХ века. Биомедицинские технологии. Основные объекты биотехнологии. Биообъекты как средство производства лекарственных, профилактических и диагностических средств. Макро- и микроорганизмы. Ферменты как промышленные биокатализаторы

2 (Курапов)

2.

Метаболизм. Основные процессы клеточного метаболизма. Понятие о первичных и вторичных метаболитах. Механизмы регуляции биосинтеза первичных метаболитов процессов. Теоретические основы получения первичных метаболитов. Анаэробные процессы (получение этанола, глицерина, молочной кислоты). Аэробные процессы. Методы промышленного получения кислот цикла Кребса и их производных (лимонной, итаконовой, кетоглутаровой, пировиноградной кислот).

2 (Курапов)

3.

Теоретические основы получения вторичных метаболитов. Методы регуляции биосинтеза антибиотиков и стероидов. 6-АПК. Полусинтетические антибиотики. Производство аминокислот и витаминов.

2 (Курапов)

4.

Биотехнология вторичного метаболизма растений. Культуры растительных клеток и тканей как источник получения лекарственных средств. Лекарственные средства, полученных на основе каллусных и суспензионных культур клеток растений. Иммобилизация растительных клеток и ее использование в биотехнологическом производстве. Биорегуляция продуктивности вторичного метаболизма растений. Трансгенные растения и перспективы их использования в качестве источника фармацевтических препаратов.

2 (Курапов)

5.

Слагаемые биотехнологического процесса. Структура биотехнологического производства. Культивирование клеток продуцентов – центральное звено биотехнологического процесса. Поверхностное и глубинное культивирование. Подготовка сырья, воздуха и посевного материала. Стерилизация и поддерживание асептических условий. Технологическое и аппаратурное оформление процесса глубинного культивирования (непрерывное и периодическое, по схеме идеального смешения или вытеснения, хемостатический и турбидостатический режим). Достоинства и недостатки этих схем.

2 (Курапов)

6.

Основное технологическое оборудование биотехнологиических производств. Особенности биотехнологических производств, по сравнению с аналогичными химическими. Методы аэрирования, перемешивания, теплоотвода и пеногашения. Проблемы и методы предварительной стерилизации технологического оборудования и поддержания асептических условий во время протекания процесса. Контроль и управление биотехнологическими процессами. Методы выделения и очистки продуктов биотехнологических производств. Экзо- и эндомета-

болиты. Особенности и основные технологические приемы выделения продуктов белковой природы.
2 (Курапов)

7.

Инженерная энзимология. Применение ферментов. Достоинства и недостатки использования чистых ферментов по сравнению с клетками и неорганическими катализаторами. Иммобилизованные ферменты и клетки. Основные носители и методы иммобилизации. Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов и клеток. Инженерная энзимология и медицинские технологии (биосенсоры, лекарственные препараты на основе свободных и

иммобилизованных ферментов и их комбинаций с другими лекарственными препапаратами.
2 (Курапов)

8.

Особенности технологии культивирования клеток и тканей растений и животных. Протопласты и гибридомы. Основы клеточной инженерии. Совершенствование биообъектов методами клеточной инженерии. Мутагенез. Совершенствование биообъектов методами мутагенеза и селекции.

2 (Курапов)

9.

Основы генетической инженерии. Преимущества и отличия генноинженерных методов совершенствования биообъектов по сравнению с классическими методами мутагенеза и селекции. Создание принципиально новых биообъектов методами генетической инженерии (технология рекомбинантных ДНК). Последовательность операций, осуществляемых биотехнологом – генным инженером. Контроль экспрессии. Проблемы и сложности . Направленный мутагенез.

2 (Курапов)

10.

Наночастицы в биотехнологическом производстве лекарств – рекомбинантных белков человека.

2 (Кузнецов)

11.

Биологически активные пептиды в биотехнологическом производстве лекарств.

2 (Кузнецов)

12.

Рекомбинантные белки и полипептиды (инсулин, гормон роста, интерфероны). Традиционные и генноинженерные методы получения. Использование рекомбинантных микроорганизмов для получения коммерческих продуктов (аминокислоты, витамины, антибиотики, природные биополимеры). Использование трансгенных животных и растений как биореакторы для получения лекарственных и других биологически активных веществ. Потенциальные опасности при работе с рекомбинантными и трансгенными организмами.

Изотопно-модифицированнык культуральные среды. Новый подход к повышению продуктивности биотехнологического производства нуклеозидных антибиотиков, пептидов и рекомбинантных белков.
2 (Кузнецов)

13.

Моноклональные антитела. Технология получения. Применение моноклональных антител в иммунной диагностике (ферментный имуносорбентный анализ) и в качестве лекарственных препаратов и высокоспецифических катализаторов (“каталитические антитела”). Имунобиотехнология. Иммунные сыворотки и вакцины. Рекомбинантные вакцины (субъединичные, аттенуированные, ”векторные”).

2 (Курапов)

14.

Методы ДНК-диагностики. Молекулярная генетика человека. Генная терапия ex vivo и in vivo. Лекарственные препараты на основе “антисмысловых олигонуклеотидов”. Рибозимы как лекарственные средства.

2 (Курапов)

15.

Адъюванты и наноадъюванты в биотехнологическом производстве вакцин

2 (Кузнецов)

16.

Биотехнологическое производство лекарственных средств для генной терапии

2 (Меркулов)

17.

“Medicinal chemistry”- симбиоз химии и биотехнологии в “постгеномную эру”. Стратегия рационального drag-дизайнa лекарственных препаратов. Поиск соединений лидеров (hit- и led-compaunds). Комбинаторная химия и HTS-скрининг. Оптимизация соединений лидеров (докинг, QSAR-метод). Методы создания лекарственных препаратов на основе соединений – лидеров (пролекарства, биоизостеры, пептидомиметики, двойные лекарства).

2 (Курапов)

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература


  1. Сазыкин Ю.О., Орехов С.Н., Чакалева И.И. Биотехнология. Учебное пособие. М.: Академия. 2008, 256 с.

  2. Орехов С.Н. Фармацевтическая биотехнология. Руководство к практическим занятиям. М.: ГЕОТАР-МЕДИА, 2012, 384 с.

Дополнительная литература


  1. Загоскина Н.В., Назаренко Л.В., Калашникова Е.А., Живухина Е.А. Биотехнология. Теория и практика. М.: Оникс., 2009, 496 с.

  2. Курапов П.Б., Бахтенко Е.Ю. Многообразие вторичных метаболитов высших растений и их лечебные свойства. М.: Изд. РГМУ, 2012, 200 с.

  3. Егорова Т.А. Основы биотехнологии / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухина. – М. : Издат. центр Академия, 2003. – 208 с.

  4. Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. – М. : Мир, 2002. – 589 с.

  5. Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках / Н.С. Егоров. – М. : Наука, 2004. – 525 с.

8. ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЧЕТОВ, ЭКЗАМЕНОВ И РЕФЕРАТОВ.


№ п/п

Перечень вопросов

1

История биотехнологии. Определения. Основные разделы биотехнологии. Проблемы и перспективы медицинской биотехнологии.

2

Характеристика продуцентов, применяемых в биотехнологических производствах (антибиотики, интерфероны, аминокислоты).

3

Основные методы хранения продуцентов, применяемых в фармацевтической промышленности.

4

Методы культивирования продуцентов, применяемые в фармацевтической промышленности.

5

Особенности культивирования клеток животных, получение вакцин медицинского назначения.

Кинетические характеристики продуцентов, определяемые в производственных условиях при непрерывном культивировании.

История генетической инженерии и основные этапы генно-инженерных исследований.

Биотехнология вторичного метаболизма растительных клетоток.

Получения классических эргоалкалоидов спорыньи биотехнологическими методами. Гормональная регуляция в системе гриб - растение.

Трансгенные растения и перспективы их использования в качестве источника фармацевтических препаратов.

Особенности образования целевого продукта (биологически активного вещества) популяции продуцента.

Основные понятия генетической инженерии.

Клеточная инженерия. Процессы каллусообразования. Тотипотентность растительных клеток.

Производство дрожжей на углеводсодержащих и целлюлозных субстратах

Производство аминокислот медицинского и пищевого назначения.

Особенности культивирования растительных клеток. Суспензионные культуры.

Методы получения моноклональных антител. Массовая наработка и их очистка. Основные направления применения.

Ферменты, применяемые в генно-инженерных проектах .

Основные этапы генно-инженерных проектов.

Особенности конструкции и типы биореакторов, применяемых в производстве биотехнологической продукции.

Методы получения генов.

Источники ДНК для клонирования.

Химико-ферментативный синтез гена.

Метод обратной транскрипции

Лекарственные препараты, получаемые из культур клеток женьшеня, родиолы розовой, воробейника, стевии, наперстянки, табака и др.

Векторы, применяемые в генетической инженерии.

Методы получения рекомбинантных молекул ДНК. Отжиг и лигирование. Соединение тупых концов. Коннекторная техника.

Введение рекомбинантных ДНК в клетки реципиента. Идентификация клонов, содержащих чужеродный ген.

История развития метода культур клеток. Каллусогенез - основа создания пересадочных клеточных культур.

Культивирование отдельных клеток. Протопласты растительных клеток как объект биологического конструирования. Слияние протопластов и гибридизация соматических клеток.

Иммуноферментный анализ и его применение.

mbf -> Методические указания к разработке рабочей программы При разработке рабочей программы учебной дисциплины патология в основу положены: фгос впо по направлению подготовки
mbf -> Рабочая программа учебной дисциплины общая патология направление подготовки (специальность) 060609 Медицинская кибернетика

Название витамина

Действие витамина на организм

Содержится в продуктах

Витамин А (Ретинол)

Витамин А предотвращает проблемы со зрением, способствует здоровью иммунной системы, имеет весомое значение для роста клеток и улучшает состояние кожи.

К основным источникам ретинола можно отнести печень, молоко, яйца и витаминизированные каши, зеленые и оранжевые овощи (например картофель, морковь, тыква и капуста), и оранжевые фрукты - персики, папайя, дыня, абрикосы или манго.

Витамин В12 (Цианокобаламин)

Витамин В12 помогает воспроизводству красным кровяным тельцам, нервным клеткам. Он участвует в делении клеток, поэтому без него невозможна регенерация тканей и рост мышц.

В рыбе, красном мясе, мясе птиц, молоке, сыре и яйцах можно найти этот витамин. Его также добавляют в некоторые сухие завтраки.

Витамин B6 (Пиридоксин)

Для правильной работы мозга и других неврологических функций незаменим Витамин В6. Также он помогает организму расщеплять белки и вырабатывать эритроциты.

Широкий спектр продуктов содержат витамин В6 - в том числе картофель, бананы, бобы, семена, орехи, красное мясо, рыба, яйца и птица, шпинат и витаминизированные каши.

Витамин В1 (Тиамин)

Тиамин служит катализатором для преобразования углеводов в энергию и необходим для мышц, для сердечной деятельности а также состояния нервной системы.

Люди получают тиамин из различных продуктов, в том числе разных сортов хлеба, круп и макаронных изделий; постного мяса, сушеных бобов, соевых продуктов и гороха, а также из пророщенных зерен, таких например - как зародыши пшеницы.

Витамин В3 (Никотиновая кислота)

Никотиновая кислота помогает поддержанию здоровья кожи, а также в работе нервной системы.

Вы найдете ниацин в птице, красном мясе, крупах, рыбе и арахисе.

Витамин В2 (Рибофлавин)

Рибофлавин нужен организму для роста, превращения углеводов в энергию, и в производстве эритроцитов.

Некоторыми из источников рибофлавина являются молоко, мясо, яйца, бобовые (например горох и чечевица), орехи, зелень. А также: спаржа, брокколи и витаминизированные каши.

Витамин B9 (Фолиевая кислота)

Фолиевая кислота (B9) - содействует в выработке эритроцитов. Кроме того, она необходима, для воссоздания ДНК.

Апельсиновый сок, печень, сушеные бобы и другие бобовые, зелень, спаржа - очень хороший источник этого витамина. А так же: хлеб, рис и зерновые культуры.

Витамин С (Аскорбиновая кислота)

Витамин С нужен для формирования коллагена (ткани, служащей для связывания клеток). Это важно и для здоровья десен, зубов и для роста костей. Также Витамин С - поддерживает в тонусе кровеносные сосуды. Он служит катализатором для усваивания железа организмом, стимулирует функции головного мозга и ускоряет заживление ран.

Витамин С - есть в клубнике, киви, гуаве, перце, шпинате помидорах и брокколи. И конечно самый высокий уровень этого витамина - в цитрусовых!

Витамин D (Кальциферол)

Витамин D, служит укреплению костей, потому что помогает организму усваивать укрепляющий кости кальций и наращивать прочность скелета человека.

Этот витамин является уникальным - ваше тело производит его, когда вы получаете солнечные ванны! Витамин D содержится также и некоторых продуктах, например он есть в жирной рыбе (такой как лосось) в яичных желтках, тунце или сардине а также в молоке коровьем, соевом молоке и апельсиновом соке.

Витамин Е (Токоферол)

Для выработки и поддержания красных кровяных телец в здоровом состоянии нужен витамин E. А еще токоферол - антиоксидант, и в его функции входит защита клеток от разрушений и повреждений.

Токоферол есть в зелени и орехах, растительных маслах и авокадо. Также его достаточно в пророщенных зернах пшеницы и ячменя.

Витамин K

Помогает контролировать свертывание крови в организме и необходим для синтеза в печени белков, которые управляют свертыванием. Нехватка этого витамина - может привести к носовым и внутренним кровотечениям.

Пополнить запасы витамина K - вам поможет брюссельская капуста, обычная капуста и брокколи, а также зелень. Много его в сое, рапсе и оливковом масле.

Достоинства и недостатки методов получения витаминов

Производство витаминов в нашей стране организовано в начале 30-х гг. прошлого века. Вначале выпускались витаминные препараты из натурального сырья. Затем было освоено производство синтетических витаминов С и K 3 . С 1949 по технологии, разработанной советскими учёными, в промышленном масштабе стал осваиваться синтез других витаминов, например тиамина (витамин B 1). В 1950 производство витаминов увеличилось по сравнению с 1940 в 5,6 раза. К 1955 г. были разработаны схемы синтеза всех известных основных витаминов. Дальнейшее развитие витаминной промышленности связано главным образом с разработкой и внедрением синтетических методов производства витаминов. Эти методы по характеру технологических процессов значительно сложнее, чем метод извлечения витаминов из натурального сырья, но они позволяют получать продукцию в химически чистом виде, что имеет большое значение для их лечебного применения и точных дозировок при изготовлении кормовых концентратов. Кроме того, издержки на производство синтетических витаминов ниже издержек на получение соответствующих витаминов из натурального сырья.

Метод выделения витаминов из природных источников, безусловно, проще с точки зрения производства, но не удобен тем, что требует переработки огромного количества сырья. Что касается химического синтеза, то недостатками его является все же: многостадийность процессов, значительная материалоёмкость, обусловливающая необходимость размещения предприятий вблизи сырьевых баз; необходимость выработки высокочистой продукции.

Витаминная промышленность нуждается в более эффективных технологиях, и такие технологии успешно создаются.

С помощью лишь генетических манипуляций (воздействием на регуляцию метаболизма) были получены штаммы микроорганизмов, которые производят в десятки тысяч раз больше витаминов, чем необходимо для их роста. Это штаммы Ashbya gossypii - продуцент рибофлавина, штаммы Pseudomonas denitrifikans и Propionibacterium freudonreichii, производящие витамин В 12 и др. В России на базе бактерий рода Bacillus subtilis сконструирован эффективный продуцент витамина В 2.

Для микробиологического синтеза органических соединений в качестве сырья применяют наиболее дешевые источники азота (например, нитраты или соли аммония) и углерода (напр., углеводы. орг. кислоты, спирты. жиры. углеводороды. в т.ч. газообразные).

Применение биосинтеза дает возможность сокращения стадий химического синтеза за счет использования высокоактивных штаммов микроорганизмов. Например производство витаминов В 12 , В 2 , В 3 и D (эргостерина) стало возможным осуществлять в 1 стадию. БТ методы нашли применение в синтезе вит. С, убихинона, каротиноидов. В 12 - получают и спользованием прокариотической микрофлоры - мутагенных штаммов пропионовых бактерий - 50 мг/л среды и его предшественника - ди метилбенимидазола - до 200 мг/л. В 2 , - (рибофлавин) поучают с использованием дрожжеподобных грибов Eremothecium и Ashbya - 3,8-6,4 г/л. В последнее время используется мутантный штамм Bacillus subtilis - 3,5-4,5 г/л. - В 3 - (пантотеновая к-та) и синтез кофермента КоА актиномицетами из аланина и пантотената К с помощью иммобилизованных клеток бактерий Brevibacteria. Недостатки - небольшой выход готового продукта, для этого проводят совершенствование по направлениям: селекция мутантных штаммов, оптимизация состава и удешевление сред, оптимизация условий культивирования продуцента.

Используемая литература

1. Биотехнология: учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений / Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева; под ред. А.В. Катлинского.-3-е изд.,- М.: Издательский центр «Академия», 2008-256 с.

2. Биотехнология лекарственных средств. Учебное пособие / Под ред. Быкова В.А. и Далина М.В. - М.: Медбиоэкономика- 303с.

3. Основы фармацевтической биотехнологии: учеб. Пособие / под ред. Чучалин В.С. Прищеп Т.П. Белова Л.С. Зайков К.Л. Михалева Л.К.,- Ростов н/Д, «Феникс», 2006 г.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    Виды носителей для иммобилизации клеток и ферментов. Иммобилизованные культуры и возможность их применения в различных отраслях. Типы реакторов с использованием иммобилизованных культур. Преимущества и недостатки использования иммобилизованных культур.

    курсовая работа , добавлен 15.01.2012

    Химический состав, природа и структура белков. Механизм действия ферментов, виды их активирования и ингибирования. Современная классификация и номенклатура ферментов и витаминов. Механизм биологического окисления, главная цепь дыхательных ферментов.

    шпаргалка , добавлен 20.06.2013

    Биологическая химия как наука, изучающая химическую природу веществ живых организмов. Понятие витаминов, коферментов и ферментов, гормонов. Источники жирорастворимых и водорастворимых витаминов. Понятие обмена веществ и энергии, обмена липидов и белков.

    курс лекций , добавлен 21.01.2011

    Характеристика ферментов, органических катализаторов белковой природы, которые ускоряют реакции, необходимые для функционирования живых организмов. Условия действия, получение и применение ферментов. Болезни, связанные с нарушением выработки ферментов.

    презентация , добавлен 19.10.2013

    Витамины как один из факторов питания человека. Биологическая роль витаминов. Номенклатура и классификация витаминов. Понятие рекомендуемой суточной нормы. Понятие гипо-, гипер- и авитаминоза. Характеристика жирорастворимых и водорастворимых витаминов.

    реферат , добавлен 27.05.2015

    Классификация ферментов, их функции. Соглашения о наименовании ферментов, структура и механизм их действия. Описание кинетики односубстратных ферментативных реакций. Модели "ключ-замок", индуцированного соответствия. Модификации, кофакторы ферментов.

    презентация , добавлен 17.10.2012

    Технология ферментных препаратов. Производство ферментов при поверхностном культивировании продуцентов. Характеристика ферментных препаратов. Перспективы совершенствования приемов ферментативного катализа в виноделии. Биологическая очистка сточных вод.

    контрольная работа , добавлен 15.12.2009

    Специфические белки, катализирующие химические реакции в живых системах. Характеристика и классификация ферментов, их размеры и строение. Влияние условий среды на активность ферментов: факторы и кофакторы; заболевания, связанные с нарушением их выработки.

    презентация , добавлен 07.05.2015

    Биологическое значение, классификация, изучение и регуляция каталитической активности ферментов биологической мембраны, их отличия от растворимых ферментов. Методы реконструкции белка. Функции липидов и методы изучения их влияния на мембранные ферменты.

    курсовая работа , добавлен 13.04.2009

    Роль витаминов в продлении здоровой жизни. Болезни, причина которых – авитаминоз: цинга, рахит, пеллагра. Низкомолекулярные органические соединения. Функция витаминов в регулировании обмена веществ через систему ферментов и гормонов, биокатализаторы.

20.5. Совершенствование биообъектов как источников ЛС включает несколько направлений. Определите эти направления в соответствии с целевыми задачами.

Современный биообъект, используемый в биотехнологической промышленности, - это суперпродуцент, отличающийся от исходного природного штамма по нескольким показателям.

    высокий выход целевого продукта

2) способность расти на относительно дешевых питательных средах

3) благоприятные реологические свойства биомассы, обеспечивающие относительно несложное выделение продукта

4) устойчивость к фагам

5) благоприятные экологические показатели процесса (низкое спорообразование, запах и т.д.)

Методы совершенствования биообъектов

Мутации . Изменение биообъекта, благоприятное для его использования в производстве, должно передаваться по наследству и, соответственно, вызываться мутацией. На биохимическом уровне мутация - изменение первичной структуры ДНК в конкретном ее участке, что, в конечном счете, приводит к изменению фенотипа биообъекта.

Долгое время понятие мутации относили только к хромосомам у прокариот и хромосомам (ядру) у эукариот. В настоящее время кроме хромосомных мутаций появилось также понятие мутаций цитоплазматических (плазмидных - у прокариот, митохондриальных и плазмидных - у эукариот).

Спонтанные мутации встречаются, как правило, довольно редко. Разброс по степени выраженности признаков обычно невелик. Совершенствование биообъектов путем предварительного мутагенеза и последующей селекции оказалось гораздо более действенным.

Мутагенез осуществляется при обработке биообъекта физическими или химическими мутагенами. В первом случае, как правило, это ультрафиолетовые, гамма-, рентгеновские лучи; во втором - нитрозометилмочевина, нитрозогуанидин, акридиновые красители, некоторые природные вещества (например, из ДНК-тропных антибиотиков вследствие их токсичности не применяемых в клинике инфекционных заболеваний).

Механизма активности как физических, так и химических мутагенов связан с их непосредственным действием на ДНК (прежде всего на азотистые основания ДНК, что выражается в сшивках, димеризации, алкилировании последних, интеркаляции между ними).

Подразумевается, естественно, что повреждения не приводят к летальному исходу. Последующей задачей является отбор и оценка именно нужных биотехнологу мутаций. Эта селекционная часть работы в целом весьма трудоемка.

В первую очередь биотехнолога интересуют мутантные культуры, обладающие повышенной способностью к образованию целевого продукта. Потенциальные возможности мутагенеза (с последующей селекцией) обусловлены зависимостью биосинтеза целевого продукта от многих метаболических процессов в организме продуцента. Весьма эффективный путь увеличения образования целевого продукта - нарушение системы ретроингибирования .

Повысить активность продуцента можно также, изменив (за счет мутаций) систему транспорта предшественников целевого продукта в клетку.

Наконец, иногда целевой продукт при резком увеличении его образования отрицательно влияет на жизнеспособность собственного продуцента (так называемый суицидный эффект). Повышение резистентности продуцента к образуемому им же веществу часто необходимо для получения, например, суперпродуцентов антибиотиков.

Одним из самых блестящих примеров эффективности мутагенеза с последующей селекцией по признаку увеличения образования целевого продукта является история создания современных суперпродуцентов пенициллина. Работа с исходными биообъектами - штаммами (штамм - клоновая культура, однородность которой по определенным признакам поддерживается отбором) гриба Penicillium chrysogenum, выделенными из природных источников, велась с 1940-х гг. в течение нескольких десятилетий во многих лабораториях. Вначале некоторый успех был достигнут при отборе мутантов, появившихся в результате спонтанных мутаций. Затем перешли к индуцированию мутаций физическими и химическими мутагенами. В результате ряда удачных мутаций и ступенчатого отбора все более продуктивных мутантов активность штаммов сейчас в 100 тыс. раз выше, чем у обнаруженного А.Флемингом исходного штамма, с которого и началась история открытия пенициллина.

Производственные штаммы крайне нестабильны вследствие того, что многочисленные искусственные изменения в геноме клеток штамма сами по себе для жизнеспособности этих клеток положительного значения не имеют. Поэтому мутантные штаммы требуют постоянного контроля при хранении:

Совершенствование биообъектов применительно к производству не исчерпывается только повышением их продуктивности. С экономической точки зрения весьма важно получение мутантов, способных использовать более дешевые и менее дефицитные питательные среды. Большое значение в отношении гарантии надежности производства приобретает получение фагоустойчивых биообъектов.

Из всего изложенного следует, что современный биообъект, используемый в биотехнологической промышленности, - это суперпродуцент, отличающийся от исходного природного штамма не по одному, а, как правило, по нескольким показателям. Хранение таких штаммов-суперпродуцентов представляет серьезную самостоятельную проблему.

В случае применения высших растений и животных в качестве биообъектов для получения лекарственных средств возможности использования мутагенеза и селекции для их совершенствования ограничены.

Совершенствование биообъектов методами клеточной инженерии

Клеточная инженерия - «насильственный» обмен участками хромосом у прокариот или участками и даже целыми хромосомами у эукариот. В результате создаются неприродные биообъекты, среди которых могут быть отобраны продуценты новых веществ или организмы с ценными в практическом отношении свойствами.

Перспективы клеточной инженерии заключаются прежде всего в том, что с ее помощью возможно получение межвидовых и межродовых гибридных культур микроорганизмов, а также гибридных клеток между отдаленными в эволюционном отношении многоклеточными организмами.

Первый этап работы связан с удалением у микроорганизмов клеточной стенки.

Пептидогликан клеточной стенки может быть расщеплен с помощью ферментов (гидролаз пептидогликана), из которых самым известным является лизоцим,

При протопластировании: для получения протопластов клеточную стенку удаляют ферментативной обработкой в «гипертонической» среде с 20 % раствором сахарозы или маннита, иногда с 10 % раствором натрия хлорида в зависимости от определенных особенностей биообъекта и преследуемых целей.

Если биообъект принадлежит к микроскопическим (плесневым и дрожжевым) грибам, то для получения протопластов используют, как правило, не лизоцим, а комплексный ферментный препарат, выделенный из пищеварительного тракта виноградной улитки. Связано это с тем, что состав клеточной стенки у грибов более сложен, чем у бактерий.

Следующий этап работы состоит в объединении суспензий двух образцов протопластов, принадлежащих разным штаммам или разным видам, в более редких случаях - даже разным родам. Частота слияния резко повышается при добавлении к протопластам полиэтиленгликоля, обладающего свойствами детергента.

Культуры таких клеток обладают новыми свойствами. В качестве примера можно привести получение «гибридных» антибиотиков.

Известно, что среди актиномицетов есть принадлежащие к разным видам продуценты антибиотиков гликозидной структуры с варьирующими агликонами и сахарами. Так, антибиотик эритромицин имеет 14-членный макроциклический агликон и два сахара (дезозамин и кладинозу), присоединенных к нему гликозидной связью, а у антибиотиков - антрациклинов агликон состоит из четырех сконденсированных углеродных шестичленных колец, соединенных с аминосахаром.

С помощью клеточной инженерии были получены продуценты таких антибиотиков, у которых макролидный агликон эритромицина был связан с углеводной частью, соответствующей антрациклинам, и наоборот, антрациклиновый агликон с сахарами,

свойственными эритромицину.

Создание биообъектов методами генетической инженерии

Генетическая инженерия гораздо конкретнее и точнее клеточной по характеристике используемых объектов и оперирует в основном с разными по форме и размерам фрагментами клетки.

Генетическая инженерия - соединение фрагментов ДНК природного и синтетического происхождения или их комбинацию с последующим введением полученных рекомбинантных структур в живую клетку для того, чтобы введенный фрагмент ДНК после включения его в

хромосому либо реплицировался, либо автономно экспрессировался.

Основные этапы генетической инженерии

1) Получение ДНК (химический синтез, из мРНК, обработка ДНК рестриктазой)

2) Линеаризация вектора для клонирования той же рестриктазой

3) Смешивание ДНК и разрезанного вектора

4) Трансформация сшитыми молекулами вектора клеток-хозяев

5) Амплификация рекомбинантной ДНК в трансформированных клетках

6) Получение белкового продукта

 

Читайте:


Популярное:

Бурятский снайпер – «зенитчик», так и не ставший Героем Черная и желтая вера

Бурятский снайпер – «зенитчик», так и не ставший Героем Черная и желтая вера

Новое

Как востановить менструальный цикл после родов:

Загадки истории – кто написал Библию?

Загадки истории – кто написал Библию?

На сегодняшний день при произношении слова «Библия» мы все представляем примерно одно и то же: огромный том книги с большим количеством страниц из...

Народ Чукчи: культура, традиции и обычаи

Народ Чукчи: культура, традиции и обычаи

Сейчас очень тяжело найти настоящих чукчей, которые живут так же, как и их предки, именно поэтому далее предлагаем вам взглянуть на жизнь...

Борис Пастернак — Зимняя ночь (Свеча горела на столе): Стих

Борис Пастернак — Зимняя ночь (Свеча горела на столе): Стих

Борис Леонидович Пастернак - один из известнейших русских писателей 20 века, чья проза и поэзия по праву считаются одними из лучших. Самое...

Указатель слов к разделу «Орфография

Указатель слов к разделу «Орфография

Все знают разговорное выражение «ни рыба ни мясо», однако далеко не всем известна вторая часть этого фразеологизма. Он звучит следующим образом:...
feed-image RSS