Способи одержання генетично-модифікованих мікроорганізмів
Способи одержання генетично-модифікованих мікроорганізмів - раздел Философия, ХАРЧОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ
Як Відомо, Здатність Організмів Синтезувати Ті Чи Інші Біомол...
Як відомо, здатність організмів синтезувати ті чи інші біомолекули, в першу чергу білки, закодовано в їх геномі. Тому достатньо «включити» потрібний ген, взятий із іншого організму, в бактеріальну клітину, яка здатна рости в простих умовах і швидко розмножуватися. Однак, спроби провести перенесення в бактеріальну клітину безпосередньо геномної ДНК призвели до суперечливих результатів. Лише в 70-ті роки одержано результати з застосування так званої векторної трансформації. В основі цього методу – використання векторних молекул – ДНК, що мають здатність переносити гени, які вони містять, у клітину, де ці молекули реплікуються автономно або після інтеграції з геном. Вирішальну роль у цих експериментах відіграли також методи одержання індивідуальних генів, створення їх у необхідній кількості шляхом клонування, тобто практично необмежуваного розмноження в бактеріальних клітинах.
В основі всіх досягнень генетичної інженерії лежить відкриття однієї із властивостей будови геному бактерій – наявності в клітинах невеликих кільцевих молекул ДНК – плазмід, які відрізняються від хромосом. Плазміди широко розповсюджені в природі і зустрічаються в меншій кількості у прокаріотичних організмів, а також у нижчих еукаріот – дріжджів. Важливою властивістю плазмід є їх здатність реплікуватися разом з ДНК клітини-хазяїни, і тому в останній час їх вважають внутрішньоклітинними паразитами, але симбіонтами. Клітини-хазяї не мають потреби в плазмідах для виживання в простих умовах, але часто плазміди надають їм ряд особливих властивостей. Зокрема, плазміди визначають їх здатність до статевого розмноження (F-фактор), стійкість до антибіотиків і дезінфікуючих речовин (R-фактор), можливість засвоєння деяких складних органічних речовин, наприклад, вуглеводів.
Основна частина дослідів, які призвели до розвитку генної інженерії, проводилися на класичному об’єкті – бактеріях Esherichia coli. За допомогою спеціальних ферментів – ендонуклеаз рестрикції, або рестриктаз, плазміда, яка несе який-небуть маркерний ген, наприклад, ген стійкості до певного антибіотику, розрізається в певному місці з кожної сторони декількох (від 1 до 5) неспарених основ – «липких кінців». За допомогою таких же рестриктаз одержують фрагмент геному організму донора, який несе в собі потрібний ген, наприклад, ген людського інсуліну.
На сьогодні донорну ДНК частіше одержують шляхом «пришивання» «липких кінців» до молекули ДНК, одержаної шляхом зворотної транскрипції з матричної РНК потрібного гену (кДНК). Головну роль тут відіграє фермент зворотна транскриптаза, або ревертаза, вперше відкрита у ретровірусах (таких як ВІЛ та деякі збудники злоякісних новоутворень – онковірусів). Однак, за рахунок комплементарної взаємодії неспарених основ «липких кінців» відбувається включення потрібного гена в плазміду, при цьому утворюється нова рекомбінантна (гібридна) ДНК. Завершує процес фермент ДНК-лігаза, який ковалентно зашиває розриви в ланцюгах ДНК.
Наступний етап – перенос рекомбінатної плазміди в бактерію. Такий процес – включення чужорідної ДНК в бактеріальну клітину – має назву трансформації, а молекула ДНК – вектор. Це явище інколи зустрічається в природі та свідчить про те, що трансформація – це природній біологічний процес. У природніх умовах трансформація зустрічається у таких бактерій, як збудник пневмонії Diplococcus pneumonia і Bacillus subtilis. Необхідною умовою трансформації є синтез бактеріями особливого білка компетентності, що відбувається тільки під час активного росту колоній мікроорганізмів. Бактерії з трансформованими плазмідами легко відібрати: вони здатні рости в присутності антибіотика, проти якого в плазміді наявний ген стійкості.
Другий спосіб складання векторних молекул передбачає використання бактеріофагів, які заражають виключно бактерії. Найбільш широкого застосування одержав бактеріофаг λ. Середня частина геному цього вірусу не несе в собі важливих функцій і може бути замінена на чужорідний фрагмент ДНК. В наш час існує досить багато векторів, сконструйованих на основі різноманітних плазмід і бактеріофагів.
Відносно складніше піддаються генетичній модифікації еукаріотичні мікроорганізми, до яких відносять гриби, рослини і тварини. Найбільше значення як для біологічних виробництв, так і для генетичних досліджень мають хлібопекарські дріжджі Saccharommyces cerevisiae. Як і у бактерій, у них наявні плазміди, але використання їх в якості векторів часто вивляється не досить ефективним. Тому для того, щоб виник стабільний трансформант, необхідні два послідовні явища: проникнення рекомбінантної ДНК в клітину та її інтеграція в хромосомну ДНК. Такий метод називається інтегративною трансформацією.
У подальшому генно-інженерне конструювання у дріжджів розвивалося по шляху створення кільцевих плазмід з центромерами, особливими ділянками ДНК, що забезпечують зв'язок з білками веретена поділу і, як наслідок, рівномірний розподіл таких плазмід між двома клітинами під час мітозу. Розвиток цього підходу призвів до створення цілих штучних міні-хромосом, які містять окрім центромерної ділянки, – теломери, загнуті на кінцях у вигляді булавки, і реплікатори – ділянки початку реплікації ДНК. Подібні міні-хромосоми можуть включати одразу декілька корисних генів, що забезпечує виробництво потрібної біотехнологічної продукції.
Контрольні запитання
1. Що таке генетично модифіковані організми?
2. У чому суть генетичної інженерії рослин?
3. Які генетично модифіковані джерела рослинного походження використовують у харчовій промисловості?
4. Яких властивостей набувають генетично модифіковані рослини?
5. Які напрями створення трансгенних сільськогосподарських тварин і птиці? Чим це зумовлено?
6. Які передумови використання біомаси генетично модифікованих мікроорганізмів?
7. Наведіть приклади використання продуктів біосинтезу генетично модифікованих мікроорганізмі у харчових технологіях.
Процеси, що протікають при ферментації молока
У молоці при ферментації можуть протікати шість основних реакцій в результаті яких утворюються молочна, пропіонова, лимонна кислота, спирт, масляна кислота або відбувається коліформ
Молочнокислі бактерії
Таксономічне положення. Відповідно до класифікації бактерій Бергі молочнокислі бактерії відносяться до царства Прокаріот, відділу Скотобактерій, класу Eubacteriales, до
Оцтовокислі бактерії
Систематична приналежність.Відносяться до роду Acetobacter, в який входять 11 видів, типовим з яких є Acetobacter aceti (рис 1.5)
Пропіоновокислі бактерії
Систематична приналежність.Пропіоновокислі бактерії відносяться до сімейства Propionibacteriaceae, роду Propionibacterium, який включає 8 видів. У молочній промис
Біфідобактерії
Систематична приналежність.Біфідобактерії відносяться до сімейства Actinomycetaceae, роду Bifidobacterium, який включає більше 20 видів. Типовим видом є Bifido
Дріжджі
Систематична приналежність. Дріжджі – це вищі гриби, що втратили здатність утворювати міцелій і перетворилися на одноклітинні організми. Відносяться до надцарства еукаріот, від
Кисломолочні напої
В кисломолочних напоях містяться майже всі речовини, характерні для молока. В їх складі є значна кількість молочної кислоти, а в ацидофільно-дріжджовому молоці, кефірі та кумисі, кр
Сичужні сири
Сичужні сири готують із сиру кисломолочного, одержаного в результаті згортання казеїну цільного чи знежиреного молока. Згортання казеїну може відбуватися під впливом мікробних ферментів і молочної
Жир 1,5-2,5
безазотисті речовини 35-45
зола 6-10
Азотисті речовини дріжджів представлені в основному білками, нуклеїновими сполуками, амідами, пептонами, амінокислотами.
Борошно
Борошно – основний компонент хлібопекарської промисловості, якість борошна багато в чому впливає на властивості готових виробів. У хлібопекарському виробництві в даний час застосовують такі основні
Мікроорганізми напівфабрикатів хлібопекарського виробництва
У технологічному процесі приготування хліба першорядну роль відіграють ферментативні перетворення, в яких беруть участь ферменти бродильної мікрофлори напівфабрикатів. Основними збудниками процесів
Таблиця 2.2
Характеристика деяких рас та штамів Saccharomyces сеrevisiae
Раса (штам) дріжджів
Saccharomyces сеrevisiae
Ознака
Молочнокислі бактерії
Молочнокислі бактерії відіграють провідну роль у дозріванні напівфабрикатів хлібопекарського виробництва. Молочнокислі бактерії сферичної форми, що застосовуються у хлібопекарському виробництві, на
Технологічні схеми приготування хліба
Тісто з пшеничного борошна готують однофазними (безопарним та прискореними – з активацією дріжджів, з використанням концентрованої молочнокислої закваски (КМКЗ) та
Процеси, що лежать в основі приготування тіста
В основі приготування тіста лежить ряд складних біохімічних, мікробіологічних, колоїдних та фізико-хімічних процесів, оптимальний перебіг яких забезпечує високу якість хлібобулочних
Смакові й ароматичні речовини хліба
Складний комплекс різних речовин, що утворюються в процесі бродіння тіста і при випіканні хліба, визначає його аромат. Цей комплекс включає в себе різні альдегіди, органічні кислоти
Які біохімічні процеси лежать в основі приготування тіста?
23. Що таке черствіння хліба? Якими біохімічними змінами воно зумовлено?
24. Які біохімічні процеси в тісті характеризують за змінами у білково-протеїназному та вуглеводно-амілазному компл
Таблиця 3.2
Характеристика вин відповідно до груп та типів
Група і тип вина
Технологія одержання виноматеріалів
Столові
- сухі
- напі
Дріжджі винограду і вина
Дріжджі – збудники спиртового бродіння – широко поширені в природі, особливо в місцях переробки винограду: в ґрунті виноградників, на листі і черенках, особливо коли ягоди лопаються
Технологічні особливості одержання виноматеріалів
Технологічні особливості переробки винограду і одержання виноматеріалів обумовлені структурою плодів винограду та їх хімічним складом. Плоди винограду мають вигляд грон, що складают
БІОТЕХНОЛОГІЯ ПИВОВАРІННЯ
Пиво – це слабоалкогольний пінний напій, одержаний спиртовим зброджуванням охмеленого сусла пивними дріжджами. Пиво не тільки вгамовує спрагу, а й підвищує тонус організму, поліпшує
Сировина для пивоваріння
Основною сировиною для виробництва пива є ячмінь, хміль, вода, дріжджі. В якості несолодових матеріалів, тобто без пророщування, використовують кукурудзу, рис і рідше – пшеницю. Пив
Одержання світлого пива
Зберігання чистої культури дріжджів. Після відбору рас дріжджів з кращими властивостями, їх зберігають у лабораторії як чисті культури, і залежно від потреби використовують для роз
Технологічні особливості одержання пива
Виробництво пива – досить складний та тривалий процес, який складається з таких основних технологічних етапів (рис. 4.1):
- приготування пивного сусла;
- зброджува
КОНСЕРВУВАННЯ ОВОЧІВ ТА ІНШИХ ПРОДУКТІВ
Необхідність збереження овочів для вживання їх протягом усього року призвела до виникнення ряду нових харчових продуктів.
На сьогодні застосовують різні методи консервуванн
Фізичні та біохімічні процеси при квашенні овочів
Фізичні процеси при квашенні овочів – осмос і дифузія – виконують допоміжну функцію. Вони спричинені додаванням у сировину солі, яка підвищує осмотичний тиск у зовнішньому середовищ
ЗАСТОСУВАННЯ ФЕРМЕНТНИХ ПРЕПАРАТІВ У
ХАРЧОВІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ
У харчовій промисловості ферментні препарати відіграють велике значення. Сироваріння, виноробство, пивоваріння, виробництво кисломолочних продуктів,
Особливості мікробного синтезу ферментів
У спеціально створених умовах мікроорганізми здатні синтезувати величезну кількість різноманітних ферментів. Вони невибагливі до складу поживного середовища, легко переключаються із
Ферменти у хлібопекарському виробництві
Необхідність застосування в хлібопекарському виробництві екзогенних ферментів пов'язана в основному з нестачею ендогенних ферментів, особливо в борошні високих сортів, при одержанні
Ферментовані харчові продукти із сої
Відомо, що молоко та овочі переробляють із використанням мікроорганізмів в основному з метою збереження поживних речовин у продуктах, то у разі інших традиційних продуктів, одержаних ферментацією,
Органічні харчові кислоти
Органічні кислоти широко використовують у харчовій промисловості у технологічних процесах та як хімічну сировину. Окремі органічні кислоти (лимонну, яблучну) можна одержувати екстра
Лимонна кислота
Лимонна кислота (СН2 – СООН– СОНСООН– СН2СООН) – трьохосновна оксикислота (рис.8.1), розповсюджена в плодах та ягодах.
Оцтова кислота
Оцтова кислота (СН3СООН) (рис. 8.5) – широко використовується в харчовій, промисловості.
Вітаміни
На сьогодні за допомогою мікробного синтезу одержують такі вітаміни, як деякі вітаміни групи В: В12, В2, каротиноїди, вітамін D та ін.
Вітамін
Генетична інженерія рослин
В наш час трансгенні сільськогосподарські рослини, в першу чергу соя, кукурудза і хлопчатник, лише в США займають площу більше 200 млн. акрів. До 1997 року в 30-ти країнах світу бул
Використання біомаси генетично модифікованих мікроорганізмів
Відповідно до прогнозів до 2050 року населення Землі зросте до 10 млрд. чоловік і для забезпечення його потреби в продукції сільського господарства необхідно буде збільшити об’єм ви
Новости и инфо для студентов