Основные направления биотехнологии.

Использование человеком живых организмов и биологических процессов для промышленного получения продуктов называется биотехнологией.

Биотехнологические процессы используются человеком: молочнокислые бактерии – для получения молочнокислых продуктов, различные штаммы дрожжей – в виноделии, пивоварении, хлебопечении.

Объекты биотехнологии: вирусы, бактерии, протисты, дрожжи, растения, животные или изолированные клетки и субклеточные структуры (органеллы).

Интенсивное развитие микробиологической промышленности началось с 70 годов XX века. В качестве питательной среды для бактерий начали использоваться непищевые продукты: жидкие парафины нефти, синтетические спирты, отходы деревообрабатывающей промышленности и др.Получаемые таким путем белково-витаминные препараты позволяют решить проблему нехватки кормового белка и повысить продуктивность животноводства. Микробиологическая промышленность производит ферменты, антибиотики, гормоны, аминокислоты и др.

Для создания новых штаммов микроорганизмов в последнее время применяют генную инженерию – конструирование новых генетических структур по заранее намеченному плану. Генная инженерия развивается на базе молекулярной биологии, генетики, биохимии, микробиологии.

Этапы генной инженерии:

1. получение нужного гена(выделение природного или искусственный его синтез);

2. включение этого гена в молекулу ДНК-переносчик (плазмида) – получение рекомбинантной молекулы ДНК;

3.введение рекомбинантной ДНК (плазмидной) в клетку, где она встраивается в генетический аппарат;

4.отбор трансформированных клеток и копирование (клонирование) этого гена в новом хозяине с обеспечением его работы.

Клонированный ген путем микроинъекции вводят в яйцеклетку млекопитающего или протопласт растения и выращивают из них целое животное или растение.

Растения или животные, геном которых изменен путем генно-инженерных операций, называются трансгенными (мыши, кролики, овцы, свиньи).

Последовательность операций, необходимых для получения трансгенных организмов:

- выделение ДНК из клетки донора;

- разрезание ДНК ферментами- рестриктазами;

- поиск нужного гена среди фрагментов ДНК;

- встраивание гена в плазмиду;

- введение гибридной плазмидной ДНК, содержащей нужный ген, в клетки хозяина;

- клонирование гена в клетках хозяина и обеспечение его работы.

 

Достижения генной инженерии:

-на основе генной инженерии – освоено промышленное производство белка инсулина и интерферонов, соматотропин;

-генная инженерия позволяет конструировать эукариотические клетки с новой генетической программой, получают гибриды соматических клеток животных и растений;

- получены гибриды лимфоцитов с опухолевыми клетками (гибридомы), способные к длительному синтезу антител определенного типа;

- созданы растения, способные усваивать атмосферный азот (что исключит необходимость применения азотных удобрений).

Клеточная инженерия – метод, позволяющий конструировать клетки нового типа. Метод заключается в культивировании изолированных клеток и тканей на искусственной питательной среде в регулируемых условиях (еартофель, пшеница, ячмень, кукуруза, томат и др.).

Методы клеточной инженерии:

- соматическая гибридизация;

- гаплоидия;

- клеточная селекция;

- преодоление нескрещиваемости в культуре и др.

Соматическая гибридизация – это слияние двух различных клеток в культуре тканей (разные виды клеток одного организма и клетки разных видов). Культивирование стало возможным, когда научились с помощью ферментов избавляться от клеточной стенки и получать изолированный протопласт.

Биотехнология – одно из ведущих направлений современной биологии. Методы генной и клеточной инженерии позволят человечеству избавиться от ряда наследственных болезней.

Биотехнология – это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов. Основные направления биотехнологии:

- производство биологически активных соединений (гормонов, витаминов, ферментов), лекарственных препаратов;

- разработка и использование биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды;

- создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных.

 

Репарация (восстановление ):

( 1948 г. А. Кельнер, Р. Дульбеко, И. Ковалев обнаружили ферменты, участвующие в репарации).

 

1). Дорепликативная:

 

а) Фотореактивация – обнаружена у некоторых фагов, бактерий, дрожжей, парамеций.

УФ – снижает жизнеспособность.

Видимый свет – повышает выживаемость.

В 1962 г. К. Руперт обнаружил фермент, который использует энергию света для расщепления димеров и восстановления повреждений (Т=Т). Этот фермент кодируется ядерными генами или генами нуклеоида.

б) Темновая (эксцизионная) – обнаружена в 50-60 годы А. Гереном, Р. Светлоу, Р. Хиллом. Осуществляется при участии ферментов:

- эндонуклеаза – узнает поврежденную ДНК и образует одноцепочечные разрывы (инцизии) вблизи дефекта;

- экзонуклеаза – вырезает (эксцизия) и удаляет фрагмент;

- ДНК-полимераза – достраивает брешь, используя матрицу – неповрежденную цепь ДНК;

- лигаза – восстанавливает непрерывность цепи.

 

2). Пострепликативная:

а) Обнаружена у Е. соli, у которой нарушились процессы дорепликативной репарации, т.е. против тиминовых димеров в дочерних цепях образовались пробелы. Пробелы ликвидируются путем рекомбинации между дочерними цепями или между дочерними и родительскими. Пробелы в родительских цепях заполняются вследствие репаративного синтеза.

б) В 1974г. , 1975г. М.Радман и Э.Виткин обнаружили индуцируемую репарацию (SOS-репарация)– этло активация генов, отвечающих за синтез ферментов репарации после воздействий ионизирующих излучений. Но эта репарация протекает с ошибками и медленно.

 

 

hh H

hhhh