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.
Posts Tagged ‘человек’
Объекты и процессы в биотехнологии
Воскресенье, сентября 13, 2009История биотехнологии
Воскресенье, сентября 13, 2009Биотехнология 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
Воскресенье, сентября 13, 2009Экологическая 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.
Биотехнология как единая область знания
Воскресенье, сентября 13, 2009В 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 прежде всего создание и производство антибиотиков, вакцин, витаминов, гормонов, иммуномодуляторов, антигенов, антител, нуклеиновых кислот, диагностических систем, иммуноком-петентных клеток, препаратов крови и др.;
б) разработка и использование в практике новых приборов, аппаратуры, а также материалов, восполняющих дефекты в работе отдельных органов и тканей человека. В качестве примера можно привести создание искусственной кожи из культуры клеток эпидермиса для восполнения дефектов при ожогах; создание искусственной почки, сердца и других органов; восстановление работы иммунной системы с помощью пересадки иммунокомпетент-ных клеток и т.д.;
в) разработка на основе знаний о геноме человека проблем генодиагностики, генотерапии и генопрофилактики наследственных и других заболеваний путем пересадки генов;
г) создание принципиально новых методов для проведения лабораторных и клинических анализов с помощью биосенсоров. Принцип работы биосенсоров сводится к регистрации точными и чувствительными приборами (детекторами) физических, химических и биологических эффектов взаимодействия биореагентов (например, ферментов, антител, антигенов) с клетками или молекулами-мишенями, т.е. с определяемым детектируемым веществом. Например, взаимодействие антигенов со специфическими антителами может сопровождаться экзотермической реакцией, которая улавливается точными приборами, и по силе этой реакции можно судить о количественных характеристиках ее компонентов.
Биотехнология
Воскресенье, сентября 13, 2009Биотехнология (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 создания процессов и материалов, ранее не встречавшихся в природе.
Биотехнология — это наиболее быстро развивающаяся наука, которая на ближайшие десятилетия будет определять уровень научно-технического прогресса всего человечества. Связано это с тем, что она решает такие важные проблемы, как: создание принципиально новых эффективных и экономичных технологий получения необходимых в жизни человека веществ и материалов, в том числе медикаментозных средств; создание новых сложных материалов; осуществление процессов, ранее неизвестных в природе; поиски оригинальных путей решения экологической безопасности на планете и новых источников энергии; повышение продуктивности сельскохозяйственных растений и животных и т.д.
R-плазмиды
Воскресенье, сентября 13, 2009R-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» инфекций, который возникают в замкнутом коллективе в неинфекционной клинике: родильных домах, детских и хирургических отделениях больниц.
Плазмиды, детерминирующие синтез факторов патогенности, в настоящее время обнаружены у многих бактерий, являющихся возбудителями инфекционных заболеваний человека. В частности, у шигелл, возбудителей бактериальной дизентерии начальные этапы инфекционного процесса связаны с функционированием крупной плазмиды, детерминирующей синтез белков, необходимых для взаимодействия бактерий с поверхностным эпителием кишечника человека.
Существует Ent-плазмида, определяющая синтез энтероток-сина. Развитие инфекционного процесса, вызванного возбудителями чумы, сибирской язвы, кишечного иерсиниоза, клещевого иксодового боррелиоза связано с функционированием плазмид патогенности.
Плазмиды могут использоваться в практической деятельности человека, в частности в генной инженерии, при конструировании специальных рекомбинантных бактериальных штаммов, вырабатывающих в больших количествах биологически активные вещества.
Санитарная микробиология
Воскресенье, сентября 13, 2009Санитарная микробиология изучает микробы, содержащиеся в окружающей среде и способные оказывать неблагоприятное воздействие на состояние здоровья человека. Она разрабатывает микробиологические показатели гигиенического нормирования, методы контроля эффективности обеззараживания объектов окружающей среды, а также выявляет в них патогенные, условно-патогенные и санитарно-показательные микробы.
Обнаружение патогенных микробов в окружающей среде, продуктах питания и воде позволяет дать оценку эпидемиологической ситуации и принять соответствующие меры по борьбе и профилактике инфекционных заболеваний. Поиск одновременно всех возбудителей инфекционных заболеваний (индикация и идентификация) технически и методически невозможен и оправдан лишь при подозрении на наличие определенного возбудителя. Однако и в этом случае возникают трудности из-за неравномерного распределения определяемого микроба в исследуемом объекте, небольшой его численности и т.д.
Несколько легче определять условно-патогенные микробы, которые, попав в продукты питания, быстро размножаются с накоплением большого количества токсинов и вызывают пищевые отравления микробной этиологии (пищевые токсикоинфекции и интоксикации). Такими бактериями обычно являются представители нормальной микрофлоры человека и животных. К ним относят кишечную палочку, золотистый стафилококк, Clostridium perfringens, протей и др. Поэтому косвенным показателем микробной загрязненности исследуемых объектов и материалов,служит наличие в них так называемых санитарно-показательных микробов.
Наличие санитарно-показательных микробов свидетельствует о возможном присутствии в объектах окружающей среды патогенных микробов, непосредственно может свидетельствовать о загрязнении объекта выделениями человека и животных, содержащими микробы. Например, возбудители кишечных инфекций имеют общий путь выделения (с фекалиями) с такими сани-тарно-показательными бактериями, как бактерии группы кишечной палочки — БГКП (в эту группу, кроме кишечной палочки, входят сходные по свойствам бактерии родов Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella), энтерококки, клостридии. Возбудители воздушно-капельных инфекций имеют общий путь выделения с бактериями, постоянно обитающими на слизистой оболочке верхних дыхательных путей и выделяющимися в окружающую среду при кашле, чиханье, разговоре. В связи с этим в качестве санитарно-показательных бактерий для воздуха закрытых помещений предложены гемолитические стрептококки и золотистые стафилококки.
Определение загрязненности почвы, воды, воздуха, продуктов питания и других объектов выделениями человека или животных проводят путем количественного учета санитарно-показательных микробов. В воздухе определяют количество золотистого стафилококка и стрептококков, в воде — кишечной палочки, БГКП, энтерококка; в почве — кишечной палочки, БГКЛ, Clostridium perfringens; в продуктах питания — кишечной палочки, БГКП, энтерококка, золотистого стафилококка, протея. На основании количества санитарно-показательных микробов вычисляют коли-титр, перфрингенс-титр, титр энтерококка и т.д.
Антагонистические взаимоотношения
Воскресенье, сентября 13, 2009Антагонистические взаимоотношения, или антагонистический симбиоз, заключается в неблагоприятном воздействии одного вида микроорганизма на другой, что приводит к повреждению и даже к гибели последнего. Микробы-антагонисты широко распространены в окружающей среде. Хорошо известна антагонистическая активность представителей нормальной микрофлоры толстой кишки человека — бифидобактерий, лактобацилл, кишечной палочки и других, являющихся антагонистами гнилостной микрофлоры.
Механизм антагонистических взаимоотношений разнообразен. Распространенной формой антагонизма является образование антибиотиков — специфических продуктов обмена микробов, подавляющих развитие микроорганизмов других видов, или образование бактериоцинов — белков бактерий, подавляющих жизнедеятельность бактерий других штаммов того же вида. Антагонизм проявляется также за счет большей скорости размножения, продукции органических кислот и других веществ, изменяющих рН среды.
Антагонизм может развиваться в форме конкуренции в основном за источники питания: интенсивно развиваясь и истощая питательную среду, микроорганизм-антагонист может подавлять рост других микроорганизмов. Такая форма антагонизма, когда микроорганизм использует другой организм как источник питания, называется паразитизмом. Примером паразитизма является взаимоотношение бактериофага и бактерий. При хищничестве микроорганизм, например амеба, обитающая в толстой кишке, захватывает и переваривает бактерии кишечника.
Комменсализм
Воскресенье, сентября 13, 2009Комменсализм (от лат. commensalis — сотрапезник) — сожительство особей разных видов, при котором выгоду из симбиоза извлекает один вид, не причиняя другому вреда. Комменсалами являются бактерии — представители нормальной микрофлоры человека.
Состояние эубиоза
Воскресенье, сентября 13, 2009Состояние эубиоза — динамического равновесия микрофлоры и организма человека может нарушаться под влиянием факторов окружающей среды, стрессовых воздействий, широкого и бесконтрольного применения антимикробных препаратов, лучевой и химиотерапии, нерационального питания. В результате нарушается колонизационная резистентность. Аномально размножившиеся микроорганизмы продуцируют токсичные продукты метаболизма — индол, скатол, аммиак, сероводород. Такое состояние, развивающееся в результате утраты нормальных функций микрофлоры, называется дисбактериозом и дисбиозом. При дисбактериозе происходят количественные и качественные изменения бактерий, входящих в состав нормальной микрофлоры. При дисбиозе изменяются и другие группы микроорганизмов (вирусов, грибов и др.). Дисбиоз и дисбактериоз считаются эндогенными инфекциями, возникающими чаще всего в результате нарушения антимикробными препаратами нормальной микрофлоры или в результате указанных выше воздействий.
Для восстановления нормальной микрофлоры назначают препараты-эубиотики, полученные из лиофильно высушенных живых бактерий — представителей нормальной микрофлоры кишечника: бифидобактерий (бифидумбактерин), кишечной палочки (колибактерин) лактобактерий (лактобакте-рин) и др.