Аспекты биотехнологического процесса
Биообъекты растительного происхождения, используемые в культуре ткани для получения лекарственных веществ. Ферменты, используемые в генетической инженерии, механизм их действия. Сущность метода иммобилизации ферментов путем включения в структуру геля.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.02.2013 |
| Размер файла | 617,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. Назовите биообъекты растительного происхождения используемые в культуре ткани для получения лекарственных вещества (не менее 8). Примеры использования (донор, донатор)
- 2. Ферменты используемые в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы) и механизм их действия
- 3. В чем сущность метода иммобилизации ферментов путем включения в структуру геля. Гелеобразующие вещества органической и неорганической природы и примеры их использования в биотехнологии
- 4. Биотехнологический процесс как заключительный этап производства целевых продуктов в том числе и лекарственных веществ (примеры)
- 5. Критерии подбора ферментаторов при реализации конкретных целей биотехнологического процесса. Нарисовать схему ферментатора (биореактора) и пример его использования
- 6. Методы извлечения целевых продуктов, накапливающихся внутри клеток продуцента
- 7. Биотехнология аминокислот (глютаминовая кислота, лизин, треонин и др.). преимущества микробиологического синтеза перед другими способами получения
- 8. Биологическая роль антибиотиков как вторичных метаболитов. Причины позднего накопления антибиотиков в ферментационной среде по сравнению с накоплением биомассы
- 9. Применение растительных клеток для трансформации лекарственных веществ. Преимущества получения целевых продуктов с использованием культур клеток растении по сравнению с традиционными. Экономические аспекты биоиндустрии культуры тканей растений
- Список использованной литературы
- 1. Назовите биообъекты растительного происхождения используемые в культуре ткани для получения лекарственных вещества (не менее 8). Примеры использования (донор, донатор)
Биообъекты:
1) каллусные ткани на агаризованной среде;
2) суспензионная культура клеток и небольших агрегатов в жидкой среде;
3) культуры протопластов;
4) изолированные зародыши;
5) изолированные кончики корней;
6) изолированные меристемы побегов;
7) изолированные стебли;
8) Изолированные листья.
Как правило, вторичные вещества получают из каллусной ткани, выращенные на твердой (агаразованной) или жидкой (суспензионная культура) питательной среде.
Для производства биологически активных веществ (БАВ) используют каллусную ткань, которую получают твердофазной ферментацией и глубинным суспензионным культивированием. Каллусная культура - это неорганизованная профилирующая ткань, состоящая из дедифференцированных клеток. Каллусная клетка имеет свой цикл развития и повторяет развитие любой клетки, включая деление, растяжение и дифференцировку, после чего начинается старение и отмирание клетки. Для того чтобы не произошло старения, первичный каллус через 4-6 недель переносят на свежую питательную среду.
Эту операцию называют пассированием. При регулярном пассировании способность к делению может поддерживаться в течение десятков лет.
Использование культуры протопластов.
Отсутствие клеточной стенки у протопластов обусловливает им свойства, отличные от целых клеток. Благодаря тому, что протопласты способны поглощать макромолекулы и органеллы, их используют в качестве реципиентов при трансформации, а также в экспериментах по клеточной селекции и мутагенезу. Изолированные протопласты служат источником для выделения неповрежденных и функционально активных субклеточных и цитоплазматических структур и органелл (хлоропластов, ядер, хромосом).
Способность протопластов сливаться друг с другом нашла применение для получения соматических гибридов.
Изолированные органы растений применяют для синтеза БАВ.
2. Ферменты используемые в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы) и механизм их действия
Рестриктазы - это ферменты, при помощи которых получают фрагменты ДНК.
Лигазы - ферменты, соединяющие фрагменты ДНК.
Расщепление ДНК в специфических участках нуклеотидных последовательностей осуществляется особыми ферментами - рестрикцирующими нуклеазами, способными разрушить чужеродную ДНК. Все ферменты можно условно разделить на следующие группы:
1) используемые для получения фрагментов ДНК;
2) синтезирующие фрагменты ДНК на матрице РНК;
3) соединяющие фрагменты ДНК;
4) позволяющие осуществить изменение структуры концов фрагментов ДНК;
5) применяемые для приготовления гибридизационных проб.
Каждый фермент, способный разрушить чужеродную ДНК, опознает в ней последовательность из 4…6 нуклеотидов. В настоящее время выпускается более 100 разнообразных рестриктаз. Каждый фермент опознает различные последовательности нуклеотидов и специфично разрывает их. При разрыве образуется серия фрагментов, называемая рестрикционной (рестрикта), с тупыми либо липкими концами. Преимущественно разрывается двунитевая ДНК.
Рисунок 1 - Участки узнавания ДНК тремя рестриктазами из Haemophilus parainfluenzae (HpaI); Escherichia coli (EcoRI) и Haemophilus influenzae (HindIII)
Многие рестриктазы вносят разрывы в две цепи ДНК со смещением на несколько нуклеотидов и образованием на концах фрагментов коротких одноцепочечных участков. Они способны образовывать комплементарные пары оснований с любым другим одноцепочечным участком, полученным с помощью того же фрагмента (липкие концы). Липкие концы позволяют легко соединить два любых фрагмента ДНК в одно целое. Полученный фрагмент ДНК можно встроить в очищенную ДНК плазмиды или бактериального вируса.
Сравнение размеров фрагментов ДНК после обработки соответствующего участка генома набором рестриктаз позволяет построить рестрикционную карту, отражающую расположение определенной последовательности нуклеотидов в данном участке. Сравнением таких карт можно оценить степень гомологии между отдельными генами без определения их нуклеотидной последовательности. Рестрикционные карты важны для клонирования ДНК, решения эволюционных и филогенетических задач.
Один из важных этапов конструирования молекулы ДНК - лигирование (или сшивание) генов с помощью фрагмента ДНК - лигазы. Сшивание фрагментов ДНК, содержащих нужные гены, осуществляют двумя основными методами:
а) по «липким» концам;
б) с помощью искусственно достроенных «липких» концов (ферментативным путем). «Липкие» концы - взаимнокомплементарные участки, длиной из 4…6 пар нуклеотидов.
После того, как рекомбинантная ДНК сшита, ее вводят в живые клетки.
3. В чем сущность метода иммобилизации ферментов путем включения в структуру геля. Гелеобразующие вещества органической и неорганической природы и примеры их использования в биотехнологии
Для иммобилизации ферментов в геле существует два основных способа. При одном из них фермент помещают в водный раствор мономера, а затем проводят полимеризацию, в результате чего образуется полимерный гель с включенными в него молекулами фермента. В реакционную смесь часто добавляют также бифункциональные (содержащие в молекуле две двойные связи) сшивающие агенты, которые придают образующемуся полимеру структуру трехмерной сетки.
В другом случае фермент вносят в раствор готового полимера, который затем каким-либо образом переводят в гелеобразное состояние.
Способ иммобилизации ферментов путем включения в полимерный гель позволяет создавать препараты любой геометрической конфигурации, обеспечивая при этом равномерное распределение биокатализатора в объеме носителя. Метод универсален, применим для иммобилизации практически любых ферментов, полиферментных систем, клеточных фрагментов и клеток. Фермент, включенный в гель, стабилен, надежно защищен от инактивации вследствие бактериального заражения, так как крупные клетки бактерий не могут проникнуть в мелкопористую полимерную матрицу. В то же время, эта матрица может создавать значительные препятствия для диффузии субстрата к ферменту, снижая каталитическую эффективность иммобилизованного препарата, поэтому для высокомолекулярных субстратов данный метод иммобилизации не применим вообще.
Для первого варианта используют гели полиакриламида, поливинилового спирта, поливинилпирролидона, силикагеля, для второго - гели крахмала, агар-агара, каррагинана, агарозы, фосфата кальция.
Иммобилизация ферментов в гелях обеспечивает равномерное распределение энзима в объеме носителя. Большинство гелевых матриц обладает высокой механической, химической, тепловой и биологической стойкостью и обеспечивает возможность многократного использования фермента, включенного в его структуру. Однако метод непригоден для иммобилизации ферментов, действующих на водонерастворимые субстраты.
4. Биотехнологический процесс как заключительный этап производства целевых продуктов в том числе и лекарственных веществ (примеры)
Основная цель биотехнологии - промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами. Биотехнология возникла на стыке биологических, химических и технических наук.
Биотехнологический процесс - включает ряд этанов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов.
В завершении биотехнологического процесса получают три основные группы товаров:
1. Биопрепараты, имеющие в товарном продукте в качестве основного компонента жизнеспособные микроорганизмы. К этой группе относятся средства защиты растений, бактериальные удобрения, закваски для силосования кормов, биодеграданты, другие активные средства биотрансформации.
2. Биопрепараты, в состав которых входит инактивированная биомасса клеток и продукты ее переработки. Это кормовые дрожжи, грибной мицелий и т.д.
3. Биопрепараты на основе очищенных продуктов метаболизма микроорганизмов. К ним относятся витамины, аминокислоты, ферменты, антибиотики, биолипиды, полисахариды, продукты комплексной переработки микробных масс и метаболитов.
В зависимости от принятых на предыдущей стадии решения товарные формы представляют собой либо сложную смесь, содержащую некоторое количество основного вещества, либо высокоочищенный препарат, отвечающий ряду специальных требований.
Продукт может выпускаться в жидком (например жидкий концентрат лизина) или сухом виде (белково-витаминный концентрат, энтомопатогенные препараты, кормовой концентрат лизина). Стадия фасовки рассмотренных комплексных препаратов заключается в помещении их в тару (мешки, барабаны и т.п.), размеры и тип которой определяются потребностями заказчика и свойствами продукта (его слеживаемостью, гигроскопичностью, стойкостью к загниванию и т.д.). Другие требования предъявляются к медицинским препаратам и биохимическим реактивам.
растительный лекарственный фермент генетический
5. Критерии подбора ферментаторов при реализации конкретных целей биотехнологического процесса. Нарисовать схему ферментатора (биореактора) и пример его использования
Стадия ферментации является основной стадией в биотехнологическом процессе, так как в ее ходе происходит взаимодействие продуцента с субстратом и образование целевых продуктов (биомасс, эндо- и экзопродуктов). Эта стадия осуществляется в биохимическом реакторе (ферментере) и может быть организована в зависимости от особенностей используемого продуцента и требований к типу и качеству конечного продукта различными способами. Ферментация может проходить в строго асептических условиях и без соблюдения правил стерильности (так называемая «незащищенная» ферментация); на жидких и на твердых средах; анаэробно и аэробно. Аэробная ферментация, в свою очередь, может протекать поверхностно или глубинно (во всей толще питательной среды).
Культивирование биологических объектов может осуществляться в периодическом и проточном режимах, полунепрерывно с подпиткой субстратом.
В соответствии с вышесказанным критериями выбора ферментера являются:
1) Теплообмен;
2) Скорость роста единичной клетки;
3) Тип дыхания биообъекта;
4) Вид транспорта и превращения субстрата в клетке;
5) Время размножения отдельной клетки.
Рис. 2. Ферментер
Клеточный ферментер (биореактор) представляет собой резервуар с мешалкой, сконструированный для культивирования клеток животных. Он доступен в пилотном и производственном масштабе (общим объемом до 2000 л). Для минимизации стресса при ранении перемешивание осуществляется лопастной мешалкой морского типа.
Культивирование может быть стационарным, стационарным с подпиткой, а также непрерывным благодаря наличию тензодатчиков. Реактор используется для культивирования взвеси клеток или клеток, иммобилизованных на микроносителях. Для задержания биомассы при непрерывном культивировании можно использовать роторные или спиральные фильтры (см. ниже).
Встроенное устройство пробоотбора обеспечивает стерильный отбор контагиозных клеток (например, для производства вирусов).
6. Методы извлечения целевых продуктов, накапливающихся внутри клеток продуцента
Это завершающая стадия биотехнологического процесса. Продукт может накапливаться в клетке или выделятся в культуральную жидкость. Наиболее сложно выделение продукта, накапливающегося в клетках. Для этого клетки необходимо отделить от культуральной жидкости, разрушить, затем целевой продукт очистить от массы компонентов разрушенных клеток.
Первым этапом на пути к очистке целевого продукта является отделение биомассы от культуральной жидкости - сепарация.
Виды сепарации:
1. Флотация. Если клетки продуцента в биореакторе из-за низкой смачиваемости накапливаются в поверхностных слоях жидкости, то жидкость предварительно вспенивают, затем отделяют ее верхний слой с клетками. Флотаторы различных конструкций сцеживают, откачивают или соскребают пену, состоящую из пузырьков газа с прилипшими к ним клетками. Флотацию широко используют как первый этап отделения дрожжевой массы для осветления культуральной жидкости.
2. Фильтрация - задержание биомассы на пористой фильтрующей перегородке. Применяют фильтры однократного или многократно использования: барабанные, дисковые, ленточные, тарельчатые, карусельные, вакуум-фильтры, фильтр-прессы различных конструкций, мембранные фильтры. Диаметр пор может превышать размеры клеток. Иногда биомассу сдувают с поверхности фильтра сжатым воздухом или срезают специальным ножом.
3. Центрифугирование - осаждение взвешенных в жидкости частиц с применением центробежной силы. Требует более дорогостоящего оборудования, чем фильтрование. Поэтому оно оправдывает себя, если: а) суспензия фильтруется медленно; б) поставлена задача максимального освобождения культуральной жидкости от содержащихся частиц; в) необходимо наладить непрерывный процесс сепарации в условиях, когда фильтры рассчитаны только на периодическое действие.
Центрифугирование и фильтрация иногда реализуются в комбинации, в фильтрационных центрифугах. Перспективны для осаждения биомассы центрифуги-сеператоры, в которых биомасса оседает на стенках вращаемого цилиндра или на тарелках специальной тарельчатой вставки.
Вторым этапом при получении продукта, накапливающегося в клетках, является разрушение клеток, которое проводят физическим, химическим и химико-ферментативным методами.
Физическое разрушение проводят ультразвуком, с помощью вращающихся лопастей или вибраторов, встряхиванием со стеклянными бусами, продавливанием под высоким давлением через узкое отверстие, раздавливанием замороженной массы, растиранием в струнке, осмотическим шоком, замораживанием - оттаиванием, сжатием с последующим резким снижением давления. Этим способам дезинтеграции клеток присуща определенная неизбирательность: обработка может отрицательно влиять на качество получаемого продукта. Физические методы позволяют целенаправленно выделять какую-либо одну фракцию внутриклеточного содержимого.
Химическое и химико-ферментативное разрушение клеток избирательно, не всегда пригодно. Его проводят обработкой клеток толуолом или бутанолом при промышленном получении дрожжевого автолизата и ряда ферментов. Эффективный лизис клеток вызывают антибиотики полимиксины, тироцидины. новобиоцин, нистатин и другие, некоторые поверхностно-активные вещества, а также глицин.
Разрушенные клеточные стенки отделяют методами сепарации. В большинстве биотехнологических процессов клеточные стенки отбрасывают как балласт, но возможно и промышленное получение компонентов клеточных стенок как целевого продукта.
Третий этап - выделение целевого продукта из культуральной жидкости или гомогената разрушенных кислот проводят путем его осаждения, экстракции или адсорбции.
7. Биотехнология аминокислот (глютаминовая кислота, лизин, треонин и др.). Преимущества микробиологического синтеза перед другими способами получения
Аминокислоты с каждым годом находят все большее применение в качестве кормовых и пищевых добавок и приправ, сырья фармацевтической и парфюмерной промышленности.
Получение аминокислот возможно несколькими путями: химическим синтезом, гидролизом природного белкового сырья и в биотехнологических процессах. Химический синтез дает рацемат - продукт, содержащий как L-, так и D-формы аминокислот. За исключением глицина, который не имеет оптически активных изомеров, и метионина, усвояемого организмами в обеих формах, D-изомеры обладают токсичностью. Получение оптически активных L-изомеров аминокислот из гидролизатов природных материалов растительного и животного происхождения связано с многоступенчатой и дорогостоящей очисткой. Биотехнологическое получение аминокислот включает в себя прямую микробную ферментацию, а также микробиологический или ферментативный синтез из предшественников.
Микробиологический метод получения аминокислот, наиболее распространенный в настоящее время, основан на способности микроорганизмов синтезировать все L-аминокислоты, а в определенных условиях - обеспечивать их сверхсинтез.
Рис. 3. Схема получения микробных биопрепаратов
Биосинтез аминокислот в микробных клетках протекает в виде так называемых свободных аминокислот или «пула аминокислот», из которого в процессах конструктивного метаболизма синтезируются клеточные макромолекулы. Для синтеза всех белков требуется 20 аминокислот. Пути синтеза большинства аминокислот взаимосвязаны. При этом одни аминокислоты являются предшественниками для биосинтеза других. Пируват - предшественник аланина, валина, лейцина; 3-фосфоглицерат - серина, глицина, цистеина; щавелево-уксусная кислота - аспартата, аспарагина, метионина, лизина, треонина, изолейцина; б-кетоглутаровая кислота - глутамата, глутамина, аргинина, пролина; фосфоэнолпируват+эритрозо-4-фосфат - фенилаланина, тирозина, триптофана; 5-фосфорибозил-1-пирофосфат + АТФ - гистидина. Синтез каждой аминокислоты в микробных клетках реализуется в строго определенных количествах, обеспечивающих образование последующих аминокислот, и находится под строгим генетическим контролем. Контроль осуществляется по принципу обратной связи на уровне генов, ответственных за синтез соответствующих ферментов (репрессия), и на уровне самих ферментов, которые в результате избытка образующихся аминокислот могут изменять свою активность (ретроингибирование). Данный механизм контроля исключает перепроизводство аминокислот и также препятствует их выделению из клеток в окружающую среду. Чтобы добиться сверхсинтеза отдельных аминокислот, нужно обойти или изменить данный контрольный механизм их синтеза. Для первого пути возможно использование природных «диких» штаммов; очень существенны при этом условия ферментации, так как добиться дисбаланса в системе синтеза аминокислот можно путем изменения ряда основных факторов среды (концентрация основного субстрата, рН, соотношение макро- и микроэлементов в среде и др.). Изменение контрольного механизма синтеза аминокислот осуществляется генетическими методами. При этом получают мутантные организмы: ауксотрофные и регуляторные мутанты.
Среди продуцентов аминокислот - различные микроорганизмы, представители родов Corynebacterium, Brevibacterium, Bacillus, Aerobacter, Microbacterium, Eschirichia. Используемые в промышленности микроорганизмы можно подразделить на несколько классов: дикие штаммы, ауксотрофные мутанты, регуляторные мутанты и ауксотрофные регуляторные мутанты. Промышленные штаммы, как правило, несут несколько мутаций, затрагивающих механизмы регуляции целевой аминокислоты и ее предшественников.
Для получения таких аминокислот, как L-глутамата, L-валина, L-аланина, L-глутамина и L-пролина, возможно применение природных штаммов и усиление у них продукции аминокислот условиями ферментации. Например, высокий, до 30 г/л, выход глутамата возможен при полном или частичном подавлении активности a-кетоглутаратдегидрогеназы, добавках в среду ПАВ и антибиотиков (пенициллина, цефалоспорина) для увеличения проницаемости клеточных мембран для глутамата. Синтез L-глутамата можно переключить на образование L-глутамина или L-пролина, изменяя условия ферментации. При повышении концентрации ионов аммония и биотина в среде стимулируется образование L-пролина; слабокислая среда и ионы цинка при избытке аммония усиливают синтез L-глутамина.
В последние годы для получения новых эффективных штаммов-продуцентов аминокислот стали применять новейшие методы биотехнологии. Методы генетической инженерии позволяют повышать количество генов биосинтеза путем их клонирования на плазмидах. Это приводит к увеличению количества ферментов, ответственных за синтез аминокислот, следовательно, повышает выход целевого продукта. Клонирование генов системы синтеза аминокислот в клетки микроорганизмов с иным, по сравнению с донорским организмом, типом питания позволяет расширять сырьевую базу и заменять дорогостоящие сахаросодержащие субстраты более дешевыми.
8. Биологическая роль антибиотиков как вторичных метаболитов. Причины позднего накопления антибиотиков в ферментационной среде по сравнению с накоплением биомассы
Антибиотики (антибиотические вещества) - это продукты обмена микроорганизмов, избирательно подавляющие рост и развитие бактерий, микроскопических грибов, опухолевых клеток. Образование антибиотиков - одна из форм проявления антагонизма.
Антибиотики - это вторичные продукты обмена микроорганизмов, (идиолиты). Характерной особенностью развития продуцентов антибиотических веществ является ярко выраженная двухфазность: в первой фазе развития микроорганизмов происходит накопление биомассы, во второй - синтез антибиотика. При этом очень важно создать условия ферментации, адекватные этой двухфазности с учетом ингибирующего действия антибиотика как продукта обмена на продуцент.
Процесс ферментации осуществляется в строго стерильной, глубинной, аэробной и периодической культуре и носит выраженный двухфазный характер (слайд). Первая фаза сбалансированного роста (тропофаза) характеризуется быстрым накоплением биомассы продуцента на фоне исчерпания углеродного субстрата, а также азота, фосфатов и др. При этом может наблюдаться некоторое изменение величины рН; синтез антибиотиков отсутствует. На второй фазе (идиофаза) прирост биомассы прекращается, может иметь место снижение концентрации клеток в культуре в результате гибели и лизиса части популяции. При этом среда обогащается продуктами обмена и продуктами автолиза погибших клеток, и начинается активный процесс синтеза антибиотиков. Исключительно важным на этом этапе становится правильно организованный режим пеногашения. Наряду с пеногасителями химической природы, дополнительно применяют механическое пеногашение с использованием специальных устройств. В большинстве случаев антибиотики выделяются в культуральную среду, хотя возможно и сохранение их внутри клеток. Локализация антибиотика, а также сфера применения последнего определяют специфику приемов постферментационной стадии. Если антибиотик находится в клетках, на первом этапе обработки биомассу выделяют из культуральной жидкости (фильтрацией или центрифугированием); далее после разрушения клеток антибиотик экстрагируют и переводят в растворимую фазу.
Затем данный раствор, а также культуральные среды (если антибиотик в процессе идиофазы выделяется из клеток в среду) подвергают различным методам экстракции, разделения, очистки и концентрирования для получения готового продукта. Особенность процедуры выделения и очистки антибиотиков - разбавленные исходные растворы (около 1 %) и возможность инактивации антибиотика в ходе постферментационной стадии. Цель всех процедур постферментационной стадии - получение стерильных препаратов высокой степени чистоты.
Принципиальная схема получения антибиотиков представлена на рис. 3.
9. Применение растительных клеток для трансформации лекарственных веществ. Преимущества получения целевых продуктов с использованием культур клеток растении по сравнению с традиционными. Экономические аспекты биоиндустрии культуры тканей растений
Растения являются продуцентами многих БАВ - соединений, способных оказывать слияние на биологические процессы в организме. К таким соединениям принадлежат сердечные гликозиды, сапонины, стерины, каратиноиды, полифенолы, алкалоиды, витамины, хиноны, а также вещества, обладающие специфическим ароматом, вкусом и окраской.
Биологически активные вещества принадлежат к продуктам вторичного обмена, которые называют вторичными метаболитами или вторичными продуктами биосинтеза. В настоящее время известно более 100 000 вторичных метаболитов, продуцируемых растениями. Многие из них являются практически, экономически важными продуктами и используются в фармакологической, косметической, пищевой промышленности.
Лекарственные препараты составляют основную статью расхода веществ растительного происхождения, но скорее, в финансовом отношении, чем по объему. Лекарственные растения все еще вносят значительный вклад в фармацевтическую промышленность, составляя около 25% важнейших лекарственных средств.
Следует отметить все возрастающий интерес промышленности к миру растений как к источнику химических соединений. Разработка нового синтетического лекарственного препарата обходится примерно в 100 млн. американских долларов и занимает в 10 лет, поэтому нетрудно понять возобновляющейся интерес к растениям как «фабрикам» для их синтеза.
Культуры клеток и тканей, полученные in vitro, как и клетки интактного растения, могут синтезировать вторичные метаболиты, которые могут иметь большое практическое значение. Причем по качественному составу и количественному составу они могут схожи.
Культуры клеток и тканей можно использовать для получения природных веществ растительного происхождения следующими способами:
- новые пути синтеза уже известных веществ, например кодеина, хинина, пиретроинов;
- синтез новых продуктов из тех растений, которые трудно выращивать или внедрять, например тебаин из Papaver bracteatum;
- использование культуры клеток как источника совершено новых веществ, например, рутакультин из культур Ruta;
- использование культуры клеток в качестве систем для биотрансформации: как самого процесса с получением конечного продукта, так и отдельного звена химического процесса, например при синтезе дигоксина.
Практически важные результаты использования культуры клеток и тканей были получены в 60-х годах ХХ века. Было показано, что такие практически важные БАВ как диосгенин, гармин и виснагин синтезируются культурами клеток в тех же количествах, как в исходном растении.
Скрининг, проведенные среди большого количества растений показал, что, во-первых, круг БАВ, синтезируемых в культурах, свидетельствует об огромном синтетическом потенциале и разнообразии вторичного метаболизма; во-вторых, относительно небольшое число их пригодно для использования в промышленности. К тому же, определенной трудностью биосинтеза является то, что во многих системах растений вторичные метаболиты накапливаются в значительных количествах на стационарной фазе роста; в физиологическом плане биосинтез БАВ связан с морфологическим развитием растения, с формированием дифференцированных тканей.
В настоящее время собрана большая коллекция клеточных культур растений из различных семейств синтезирующие вторичные метаболиты, широко используемые в промышленности. К ним относятся: женьшень дальневосточный - источник диосгенина, диоскорея дельтовидная - стероидные гликозиды, равольфия змеиная - продуцент антиаритмического алкалоида аймалина и т.д.
Установлено недавно, что клетки тиса ягодного синтезирует вещество-таксон, которое является антираковым препаратом.
Осуществляются большие научно-технологические исследования по культивированию клеток и тканей растений in vitro.
Прирост клеточной биомассы в условиях in vitro и in vivo может проходить с разной скоростью. Биомасса клеток женьшеня в суспензии при выращивании в 50 литровом ферментере увеличивается на 2,0 г в литре среды за сутки, что в 1000 раз больше, чем выращивании на плантации.
Учитывая высокую стоимость женьшеня (килограмм плантационного корня стоит 100-150 дол. США; цена дикорастущего корня может доходить до нескольких тысяч долларов США) биотехнологический способ получения биомассы культуры клеток женьшеня весьма привлекателен.
В основе промышленного производства БАВ (лекарственный субстанций и др.) из культуры клеток растений лежит ряд последовательных стадий и операций: получение высокопродуктивных продуцентов, разработка оптимальных условий культивирования продуцента БАВ с максимальным биосинтезом целевого продукта, разработка и внедрение в практику соответствующих методов и условий выделения и очистки БАВ, создание готовых препаратов и контроль качества.
Список использованной литературы
1. Биотехнология / Под ред. Т.Г. Воловой. - Новосибирск, 1999. - 252с.
2. Волова, Т.Г. Введение в биотехнологию / Т.Г. Волова. - Красноярск: ИПК СФУ, 2008. - 183с.
3. Евтушенков А.Н., Фомичев Ю.К. Введение в биотехнологию: Курс лекций:/ А.Н. Евтушенков, Ю.К. Фомичев. - Мн.: БГУ, 2002. - 105 с.
4. Цыренов В.Ж. Основы биотехнологии: Культивирование изолированных клеток и тканей растений: Учебно-методическое пособие. - Улан-Удэ: ВСГТУ, 2003. - 58с.
5. Кошелев, Ю.А. Краткий курс биотехнологии: учебное пособие / Ю.А. Кошелев, Е.А. Скиба, Е.В. Аверьянова; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2009. - 77 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
История, цели и основы генетической инженерии; биоэтические аспекты. Группы генетических заболеваний, их диагностика и лечение. Применение генетической инженерии в медицинской практике: генные вакцины, генотерапия, производство лекарственных препаратов.
реферат [55,0 K], добавлен 26.10.2011Ферменты генетической инженерии. Типы нуклеаз и их действия. Методы получения химер. Использование специфических термостабильных ДНК-полимераз. Ферментативная активность рестриктаз. Образование фосфодиэфирной связи между двумя основаниями одной цепи ДНК.
контрольная работа [15,0 K], добавлен 21.04.2011Биообъект как средство производства лекарственных, диагностических и профилактических препаратов; требования, классификация. Иммобилизация ферментов, используемые носители. Применение иммобилизованных ферментов. Биологическая роль витаминов, их получение.
контрольная работа [83,1 K], добавлен 04.11.2015Сущность генной и клеточной инженерии. Основные задачи генной модификации растений, анализ вредности их употребления в пищу. Особенности гибридизации растительных и животных клеток. Механизм получения лекарственных веществ с помощью генной инженерии.
презентация [615,8 K], добавлен 26.01.2014Возникновение биотехнологии. Основные направления биотехнологии. Биоэнергетика как раздел биотехнологии. Практические достижения биотехнологии. История генетической инженерии. Цели, методы и ферменты генной инженерии. Достижения генетической инженерии.
реферат [32,4 K], добавлен 23.07.2008Классификация ферментов, их функции. Соглашения о наименовании ферментов, структура и механизм их действия. Описание кинетики односубстратных ферментативных реакций. Модели "ключ-замок", индуцированного соответствия. Модификации, кофакторы ферментов.
презентация [294,1 K], добавлен 17.10.2012Раскрытие содержания генетической инженерии как системы использования методов молекулярной генетики и молекулярной биологии для конструирования наследственных свойств организмов. Синтез ДНК и полимеразная цепная реакция. Ферменты генетической инженерии.
презентация [2,6 M], добавлен 05.02.2014Регуляция экспрессии у генетически модифицированных растений. Исследование функционирования промоторов бактериального и вирусного происхождения в трансгенных растениях. Регуляторные последовательности, используемые в генетической инженерии растений.
курсовая работа [39,4 K], добавлен 03.11.2016Ферменты, или энзимы - белковые молекулы или их комплексы, ускоряющие химические реакции в живых системах; коферменты и субстраты: история изучения, классификация, номенклатура, функции. Структура и механизм действия ферментов, их биомедицинское значение.
презентация [2,2 M], добавлен 07.12.2014Признаки живой материи, которые отличают ее от неживой. Ферменты, их применение в пищевых технологиях. Отличие ферментов от небиологических катализаторов. Органы и ткани животных. Углеводы, получаемые из растительного сырья. Полисахариды второго порядка.
контрольная работа [35,1 K], добавлен 26.11.2012
