Иммунология

Преимущество получения этих веществ из микробной клетки по сравнению, например, с химическим синтезом или другими технологиями очевидно, так как: а) микробные клетки можно выращивать в больших объемах в короткие сроки на недефицитных питательных средах и по сравнительно простой технологии; б) большинство химически сложных веществ, получаемых из микробов, пока недоступны для синтеза другими способами; в) для [...]

Производственная схема получения биотехнологической продукции состоит из следующих основных этапов; 1) культивирование микробов; 2) выделение, концентрирование и очистка целевого продукта (микробной массы, ферментов, антибиотиков, интерферонов, гормонов и др.); 3) приготовление, стандартизация и контроль готового целевого продукта (препарата).
Микробов культивируют на жидких, реже на плотных сбалансированных питательных средах в аппаратах (ферментерах) различной емкости (от 2 л до [...]

Время выращивания большинства бактерий при определенных условиях составляет 1—3 сут. Из 1 т культуры за это время получается примерно 50 кг биомассы. Для повышения выхода продукции используют высокопродуктивные промышленные штаммы микробов. Из культуральной жидкости выделяют и концентрируют биомассу бактерии с помощью различных методов (сепарирование, центрифугирование, седиментация, выпаривание, ультрафильтрация, хроматография). Дальнейшей обработке подвергают или биомассу, или [...]

Генетическую инженерию относят к новейшей биотехнологии. Генетическая инженерия сводится по существу к процессу получения рекомбинантных ДНК, содержащих, помимо присущего «хозяйской» ДНК набора природных генов, «чужой» ген или гены, взятые из другой ДНК. Метод получения рекомбинантных ДНК состоит из нескольких этапов: а) выделение ДНК из клеток организма; б) получение гибридных (рекомбинантных) молекул ДНК путем встройки в [...]

В настоящее время уже разработаны сотни медицинских препаратов, полученных на основе генетической инженерии. Многие из них внедрены в практику и применяются в медицине. Это гормоны (инсулин и гормон роста человека), антикоагулянты и тромболитики (тканевой активатор плазминогена, факторы VIII и IX), вакцины («дрожжевая» вакцина против гепатита В), иммуномодуляторы (интерфероны а, р и у, ин-терлейкины 1, 2 [...]

Применение генетической инженерии в биотехнологии оправдано в тех случаях, когда: а) нужное вещество невозможно получить никаким другим способом; б) если технология эффективнее и экономичнее традиционной или в) если она более безопасна для человека и окружающей среды. Например, антигены для создания вакцин против некультивируемых микроорганизмов (плазмодий малярии, возбудитель сифилиса) можно получить только генно-инженерным способом. Генно-инженерный интерферон [...]

Метод генетической инженерии находит все большее применение в биологии и медицине, за ним большое будущее. Этот метод позволит получать новые эффективные лекарственные препараты, принципиально новые поливалентные живые (векторные) вакцины, регуляторные белки, осуществить генодиагностику и генотерапию. Например, уже ведутся разработки векторных поливалентных вакцин на основе рекомбинантных штаммов (см. главу 10), получен ряд эндогенных иммуномо-дуляторов (интерлейкины, интерферон), [...]

Основными технологическими принципами, используемыми в биотехнологии, являются: а) брожение (ферментация); б) биоконверсия (превращение одного вещества в другое); в) культивирование бактерий, вирусов, растительных и животных клеток; г) генетическая инженерия. Объектами биотехнологии служат, как уже указывалось, бактерии, вирусы, животные и растительные клетки, органы и ткани животных и человека, растения и другие биообъекты.
Простейшим способом получения биотехнологической продукции является [...]

Биотехнология возникла давно. Уже до нашей эры человек научился выпекать хлеб, получать молочно-кислые продукты, вино, пиво с помощью биотехнологических процессов брожения, ферментации. Естественно, что эта деятельность человека носила сугубо эмпирический характер.
Только в XIX в. великий французский ученый Л.Пастер открыл микробную (ферментативную) природу брожения. С этого времени биотехнология стала на научный путь развития, а Л.Па-стера можно [...]

Экологическая биотехнология разрабатывает биологические системы деградации и обезвреживания вредных химических веществ, загрязняющих почву, водоемы, атмосферу. Например, уже получены штаммы микроорганизмов, утилизирующих нефть и нефтепродукты на водных поверхностях, фенол — в сточных водах и т. д.
Учитывая важность биотехнологии на современном этапе существования человечества, в ее развитие вкладываются огромные средства. Более половины этих средств идет на развитие [...]

Сельскохозяйственная биотехнология наряду с разработкой и производством диагностических, профилактических и лечебных ветеринарных препаратов интенсивно занимается проблемами повышения урожайности, продуктивности животноводства путем выведения с помощью генной инженерии новых сортов растений и пород животных (трансгенные животные).

В соответствии с этими задачами биотехнология как единая область знания подразделяется на медицинскую, сельскохозяйственную, промышленную и экологическую. Медицинская биотехнология решает следующие задачи:
а) создание профилактических, диагностических и лечебных препаратов на основе современных экономичных и эффективных технологий с использованием биообъектов (микробные, растительные и животные клетки, органы животных, растения) и продуктов их жизнедеятельности (первичные и вторичные метаболиты). Это [...]

Биотехнология (от греч. bios — жизнь, tecen — искусство, logos — наука) — это область знаний, которая на основе изучения биологических процессов, протекающих в живых организмах и системах, использует эти процессы, а также сами биообъекты (главным образом бактерии, вирусы, грибы, растительные и животные клетки) для получения в промышленных условиях необходимых ценных для человека продуктов или [...]

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет обнаружить микроб в исследуемом материале (воде, продуктах, материале от больного) по наличию в последнем ДНК микроба без выделения этого микроба в чистую культуру.
Для осуществления этой реакции из исследуемого материала выделяют ДНК, а наличие возбудителя определяют по обнаружению в выделенной ДНК специфичного для искомого микроба гена. Для обнаружения гена его накапливают. [...]

Метод молекулярной гибридизации позволяет выявить степень сходства различных ДНК. Он применяется при идентификации микробов для определения их точного таксономического положения. Метод основан на способности двунитевой ДНК при повышенной температуре (90 °С) в щелочной среде денатурировать, т.е. расплетаться на две нити, а при понижении температуры на 10 °С вновь восстанавливать исходную двунитевую структуру. Метод требует наличия [...]

Особенность строения вирусного генома заключается в том, что наследственная информация может быть записана как на ДНК, так и на РНК в зависимости от типа вируса. Мутации у вирусов могут возникать спонтанно, в процессе репликации нуклеиновой кислоты вируса, а также под влиянием тех же внешних факторов, мутагенов, что и у бактерий. Фенотипически мутации вирусного генома проявляются [...]

Трансформация — передача генетической информации через выделенную из клетки-донора ДНК. Процесс трансформации может самопроизвольно происходить в природе у некоторых видов бактерий, чаще грамположительных, когда ДНК, выделенная из погибших клеток, захватывается реципиентными клетками.
Благодаря трансформации в 1944 г. О.Эвери, К.Мак-Леод и К.Маккарти было показано, что ДНК, экстрагированная из инкапсулированных пневмококков, может трансформировать некапсулированные пневмококки в инкапсулированную форму. [...]

Трансдукция — передача бактериальной ДНК посредством бактериофага.
Была открыта в 1951 г. Н.Циндером и ДЛедербергом. В процессе репликации фага внутри бактерий фрагмент бактериальной ДНК проникает в фаговую частицу и переносится в бактерию-реципиент во время фаговой инфекции.
Существуют два типа трансдукции: общая и специфическая. Общая трансдукция (неспецифическая) — перенос бактериофагом фрагмента любой части бактериальной хромосомы. Этот процесс происходит [...]

Передача генетического материала при конъюгации начинается с расщепления ДНК в районе локализации F-фактора. Одна нить донорской ДНК передается через конъ-югационный мостик в клетку-реципиент. Процесс сопровождается достраиванием комплементарной нити до образования двунитевой структуры. Переданная в реципиентную клетку и достроенная до двунитевой структуры, нить ДНК ре комбинирует с гомологичным участком реципиентной ДНК с образованием стабильной генетической структуры.

Конъюгация — передача генетического материала от клетки-донора в клетку-реципиент путем непосредственного контакта клеток.
Конъюгация впервые обнаружена Д.Ледербергом и Э.Тейтумом в 1946 г. Необходимым условием конъюгации является наличие в клетке-доноре трансмиссивной плазмиды. Трансмиссивные плазмиды кодируют половые пили, образующие конъюгационную трубочку между клеткой-донором и клеткой-реципиентом, по которой плазмидная ДНК передается из клетки-донора в клетку-реципиент. В результате такого переноса [...]

Рекомбинация может быть гомологичной, при которой в процессе разрыва и воссоединения ДНК происходит обмен между участками ДНК, обладающими высокой степенью гомологии. Встречается также сайт-специфическая рекомбинация, которая происходит только в определенных участках (сайтах) генома и не требует высокой степени гомологии ДНК, например включение плазмиды в хромосому бактерии. Рекомбинация представляет собой конечный этап процесса передачи и обмена [...]

Генетическая рекомбинация — это взаимодействие между двумя геномами, т.е. между ДНК, обладающими различными генотипами. Оно приводит к образованию рекомбинаций ДНК, формированию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей.
Отсутствие истинного полового процесса и мейоза у прокариот, а также гаплоидный набор генов определяют особенность рекомбинации у бактерий. В процессе рекомбинации бактерии условно делятся на клетки-доноры, которые передают генетический [...]

Мутации — это изменения в последовательности отдельных нуклеотидов ДНК, которые приводят к появлению дефектных, т.е. не свойственных микробу белков или к отсутствию их синтеза.
Фенотипическим проявлением мутации могут быть: изменение морфологии бактериальной клетки, возникновение потребностей в факторах роста (например, в аминокислотах, витаминах), т.е. ауксотрофность; появление устойчивости к антибиотикам; изменение чувствительности к температуре; снижение вирулентности (аттенуация).
Мутации могут [...]

Изменения бактериального генома, а следовательно, и свойств бактерий могут происходить в результате мутаций и рекомбинаций.

Перемещаясь по репликону или между репликонами, подвижные генетические элементы вызывают: 1) инактивацию генов тех участков ДНК, куда они, переместившись, встраиваются; 2) образование повреждений генетического материала; 3) слияние репликонов, т.е. встраивание плазмиды в хромосому; 4) распространение генов в популяции бактерий, что может приводить к изменению биологических свойств популяции, смене возбудителей инфекционных заболеваний, а также способствует эволюционным [...]

Подвижные генетические элементы входят в состав бактериального генома, бактериальной хромосомы и плазмиды, К подвижным генетическим элементам относятся вставочные последовательности в ДНК и транспозоны. Вставочные последовательности, или /s-элементы (от англ. — insertion sequences) — это участки ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка репликона в другой, а также между репликонами. Они содержат только гены, необходимые [...]

R-плазмиды (факторы резистентности) содержат гены, детерминирующие синтез ферментов, которые разрушают антибактериальные препараты (например, антибиотики).
В результате наличия такой плазмиды бактериальная клетка становится устойчивой (резистентной) к действию .целой группы лекарственных веществ. Многие /?-плазмиды являются трансмиссивными, распространяясь в популяции бактерий и делая бактерию недоступной к воздействию антибактериальных препаратов. Бактериальные штаммы, несущие /?-плазмиды, очень часто являются этиологическими факторами «госпитальных» [...]

Количество плазмид в бактериальной клетке может быть от 1 до 200 в зависимости от согласованности репликации плазмиды и бактериальной хромосомы, а также взаимосовместимости плазмид.
Некоторые плазмиды могут встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона, такие плазмиды называются интегративными. Другие плазмиды способны перемещаться из одной бактериальной клетки в другую, даже принадлежащую к иной таксономической [...]

Плазмиды бактерий представляют собой двунитевые молекулы ДНК размером от 103 до 106 н.п. Они кодируют не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но дающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования. Фенотипическими признаками, сообщаемыми плазмидами бактериальной клетке, являются, например, устойчивость к антибиотикам, расщепление сложных органических веществ, выработка факторов бактериоциногенно-сти, продукция факторов патогенности и др.

Бактериальный геном состоит из генетических элементов, способных к самостоятельной репликации (син. воспроизведение), т.е. репликонов. Репликонами являются бактериальная хромосома и плазмиды.
Бактериальная хромосома представлена одной двунитевой молекулой ДНК кольцевой формы. Размеры бактериальной хромосомы у различных представителей царства Procaryotae варьируют от 3х108 до 2,5х 109. У Е.соН бактериальная хромосома содержит 5хЮ6 н.п. Бактериальная хромосома имеет гаплоидный набор генов. [...]

Наследственную функцию бактерий выполняет ДНК. Молекула ДНК построена из двух полинуклеотидных цепочек (нитей). Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара дезоксирибозы и фосфатной группы. Азотистые основания представлены пуринами (аденин, гуанин) и пиримидина-ми (тимин, цитозин). Каждый нуклеотид обладает полярностью. У него имеются дезоксирибозный З'-конец и фосфатный 5'-конец. Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепочку фосфо-диэфирными связями между 5'-концом [...]