Микробиология и иммунология » Генетика микробов, биотехнология

Преимущество получения веществ

admin — Mon, 26 Oct 2009 14:09:00 +0000

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 микробиологической промышленности не требуется сложной аппаратуры и в ней в основном применима аппаратура, используемая в химической промышленности.
В биотехнологии нашли применение десятки видов бактерий, дрожжей, вирусов. Обычно используются виды микробов, обладающие высокой синтетической способностью, интенсивным ростом и накоплением целевого продукта, а также безопасностью и безвредностью при массовом культивировании в производственных условиях. Чаще всего в производственных условиях применяют актиномицеты и грибы для получения антибиотиков; дрожжи — в хлебопечении, виноделии, пивоварении, для получения кормового белка, питательных сред; бациллы — для получения ферментов; клостридии — для сбраживания Сахаров в ацетон, этанол, бутанол; псевдомонады — для получения витамина В, молочнокислые бактерии — в пищевой промышленности и т.д.
Кроме того, многие микроорганизмы (бактерии, дрожжи, вирусы) используются в качестве реципиентов генов целевых продуктов для получения рекомбинантных штаммов — продуцентов биотехнологической продукции (гормонов, интерферонов, им-муномодуляторов, вакцин и др.).

Производственная схема получения биотехнологической продукции

admin — Mon, 19 Oct 2009 14:09:22 +0000

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 400 м3) при оптимальном температурном режиме и физико-химических условиях (/?//, масс-обменные характеристики), поддерживаемых автоматически. В качестве питательных сред используют дешевое, доступное, недефицитное сырье, например, рыбо-костную муку, отходы сахарного производства (меласса), дрожжевой экстракт, в некоторых случаях гидролизаты казеина и другого белкового сырья.

Время выращивания большинства бактерий

admin — Mon, 12 Oct 2009 14:10:04 +0000

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 освобожденный от биомассы фильтрат культуральной жидкости, содержащий целевой продукт. Очистку и концентрирование целевого продукта (антибиотика, антигена, фермента и др.) осуществляют одним из известных физико-химических методов: изоэлектрическое и кислотное осаждение, осаждение кислотами, спиртами, высаливание, хроматография и др. Затем очищенному и концентрированному продукту или культуре бактерий (например, при изготовлении живых и убитых вакцин) придают конечную форму в виде жидкого, сухого, таблетированного препарата, который стандартизуют и контролируют по активности, физико-химическим и медико-биологическим параметрам.
По изложенной выше схеме получают биотехнологическую продукцию и при культивировании животных и растительных клеток. Растительные клетки используют для получения фармацевтических веществ (женьшень, мочегонные, сердечно-сосудистые и другие препараты), а животные клетки — для выращивания вирусов с целью получения вакцин, антигенов, гормонов, эндогенных иммуномодуляторов и других биологически активных веществ. Однако культивирование животных и растительных клеток значительно сложнее и дороже, чем культивирование бактерий, так как выращивание этих клеток в отличие от бактерий требует сложных по составу питательных сред, специальной аппаратуры и условий культивирования. Поэтому в биотехнологии интенсивно разрабатываются и уже используются рекомбинантные штаммы бактерий, способные синтезировать продукт растительной и животной природы.

Генетическая инженерия в биотехнологии

admin — Mon, 05 Oct 2009 14:10:25 +0000

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 исходную ДНК «чужого» гена, вьщеленного из другой ДНК или полученного химическим синтезом; в) введение рекомбинантной ДНК в живую клетку (бактерий, дрожжей, растительных или животных клеток, клеток человека); г) создание условий для проявления (экспрессии) генов рекомбинантной ДНК в живой клетке и секреции нового продуцента, кодируемого «чужим» геном.
Показана схема получения рекомбинантных ДНК и рекомбинантных штаммов микробов. Из рис.6.1 видно, что клонированный (т.е. выделенный из ДНК клетки) природный или химически синтезированный ген целевого продукта (например, инсулина, интерферона) встраивается в ДНК (например, в плазмиду какой-либо бактерии или в ДНК вируса) после расщепления ДНК с помощью ферментов рестриктаз. Вставленный в расщепленную ДНК ген «сшивается» с этой ДНК с помощью ферментов лигаз. Полученная рекомбинантная ДНК бактерий или вируса затем вводится в эту же микробную клетку или вирусную частицу, из которой была взята, и таким образом получают рекомбинантный штамм бактерий или вирусов.
При культивировании рекомбинантного штамма в процессе роста и размножения этот штамм синтезирует не свойственный ему продукт, кодируемый встроенным чужеродным геном (например, инсулин, интерферон).
На этом принципе в настоящее время получены сотни рекомбинантных штаммов бактерий, дрожжей, вирусов, способных продуцировать разнообразные биологически активные вещества: антигены, антитела, ферменты, гормоны, иммуномоду-ляторы и др. Технология получения биологически активных веществ, основанная на применении рекомбинантных штаммов по существу не отличается от типовой биотехнологической схемы. Она сводится к культивированию рекомбинантного штамма, выделению синтезируемого штаммом целевого продукта, его очистке и концентрированию и созданию конечной формы препарата.

В настоящее время

admin — Mon, 28 Sep 2009 14:10:33 +0000

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 и др., фактор некроза опухолей, пептиды тимуса, миелопептиды), ферменты (уреаза), ангиогенин, диагностические препараты (на ВИЧ-инфекцию, на вирусные гепатиты и др.), моноклональные антитела, колониестимулирующие факторы (макрофагальный, гранулоцитарный и др.), а также многие биологически активные пептиды.

Применение генетической инженерии в биотехнологии

admin — Mon, 21 Sep 2009 14:10:50 +0000

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 превосходит по активности интерферон, полученный из лейкоцитов крови, и значительно дешевле последнего. Приготовление препаратов из антигенов возбудителей особо опасных инфекций (чума, холера) можно заменить биосинтезом их рекомбинантными штаммами непатогенных бактерий.

Метод генетической инженерии

admin — Mon, 14 Sep 2009 14:10:58 +0000

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), поведенческих пептидов (пептиды сна, страха и т.д.). Большое будущее генетической инженерии открывает расшифровка генома человека, которая позволит решить проблему генотерапии, генопрофи-лактики и генодиагностики инфекционных и неинфекционных болезней.
К настоящему времени программа «Геном человека» интенсивно разрабатывается в ряде стран, прежде всего в США, Японии, России. Из примерно 100 000 генов, содержащихся в хромосомах человека, уже расшифровано около 5000 генов, и на основе этого уже имеются данные об успешной генотерапии некоторых болезней.

Объекты и процессы в биотехнологии

admin — Sun, 13 Sep 2009 14:08:30 +0000

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 использование животных и их органов и тканей. Например, иммунные сывороточные препараты получают из крови иммунизированных животных (лошадей, кроликов); гормон инсулин — из поджелудочных желез крупного рогатого скота и свиней. Гормон роста получают из гипофиза умерших людей; для получения препаратов крови используют донорскую, плацентарную и абортную кровь.
Для получения многих лекарственных средств (сердечных, мочегонных, противовоспалительных и т.д.) используют растения.
Любая животная, растительная и микробная клетка является своего рода биофабрикой, синтезирующей огромное число макромолекул, химических соединений, служит своеобразным хранилищем веществ, обладающих биологической активностью и представляющих ценность как продукты для использования в медицине, ветеринарии, пищевой промышленности и других сферах народного хозяйства. Например, микробная клетка синтезирует и содержит более 2500 белков, ферментов, олиго- и полисахаридов, липиды, витамины и другие вещества.

История биотехнологии

admin — Sun, 13 Sep 2009 14:08:13 +0000

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 считать основоположником биотехнологии. Иногда период, связанный с открытием Л.Пастера, называют этиологическим [Блинов Н.П., 1989]. Дальнейший прогресс биотехнологии связан с достижениями микробиологии, химии, генетики, молекулярной биологии, иммунологии, химической технологии.
Большую роль в развитии биотехнологии сыграла техническая микробиология. Разработка промышленных способов культивирования микробов позволила получать разнообразные медицинские препараты, пищевые продукты (сахар, сиропы, дрожжи), многие химические вещества (спирт, уксусная кислота, ацетон и др.). Одним из важных этапов развития биотехнологии явились использование культур животных и растительных клеток, разработка способов их промышленного культивирования. Наконец, венцом современной биотехнологии стала генетическая и белковая инженерия, которые позволили получать разнообразные биологически активные вещества, используя реком-бинантные штаммы бактерий и вирусов, а также синтез их в бесклеточной системе.

Экологическая биотехнология

admin — Sun, 13 Sep 2009 14:08:05 +0000

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 медицинской биотехнологии, так как она решает основные проблемы жизнеобеспечения человека.