- •Основные этапы биотехнологического производства.
- •Кривая роста микроорганизмов в простых периодических условиях.
- •Вторичные метаболиты. Кинетика образования.
- •Основные этапы становления биотехнологии.
- •Периодическая культура.
- •Использование биотехнологии в интересах промышленности, медицины и в других областях.
- •Основные параметры роста микробной культуры.
- •Классификация микроорганизмов по типу получение энергии и источникам углерода.
- •Стадии биотехнологического процесса.
- •Фазы роста периодической культуры микроорганизмов.
- •Производство ферментов поверхностным способом.
- •Кривые накопления первичных и вторичных метаболитов.
- •Механизмы регуляции микробного метаболизма: ингибирование конечным продуктом.
- •Рост микроорганизмов на различных средах. Метаболизм метана и метанола.
- •Производство ферментов глубинным способом.
- •Регуляция скорости синтеза ферментов путем репрессии и индукции.
- •Непрерывные методы культивирования.
- •Рост микроорганизмов на различных средах. Метаболизм метанола и ацетата.
- •Контроль транспорта питательных веществ в клетку. Проницаемость мембран.
- •Потребности микроорганизмов в кислороде.
- •Методы культивирования микроорганизмов.
- •Первичные и вторичные метаболиты. Особенности образования.
- •Ассимиляция жиров микроорганизмами.
- •Влияние состава питательных сред и условий культивирования на рост и образование продуктов.
- •Кинетика гибели микроорганизмов. Удельная скорость гибели.
- •Катаболитная репрессия – как механизм регуляции синтеза ферментов.
- •Мутационные дефекты метаболитической регуляции.
- •Элементы методологии генной инженерии.
-
Вторичные метаболиты. Кинетика образования.
Из всех продуктов, получаемых с помощью микробных процессов, наибольшее значение имеют вторичные метаболиты. Вторичные метаболиты, называемые также идиолитами, это низкомолекулярные соединения, не требующиеся для роста в чистой культуре. Они производятся ограниченным числом таксономических групп и часто представляют собой смесь близкородственных соединений, относящихся к одной и той же химической группе. Если вопрос о физиологической роли вторичных метаболитов в клетках-продуцентах был предметом серьезных дискуссий, то их промышленное получение представляет несомненный интерес, так как эти метаболиты являются биологически активными веществами: одни из них обладают антимикробной активностью, другие являются специфическими ингибиторами ферментов, третьи - ростовыми факторами, многие обладают фармакологической активностью. К вторичным метаболитам относятся антибиотики, алкалоиды, гормоны роста растений и токсины. Получение такого рода веществ послужило основой для создания целого ряда отраслей микробиологической промышленности. Первым в этом ряду стало производство пенициллина; микробиологический способ получения пенициллина был разработан в 1940-х годах и заложил фундамент современной промышленной биотехнологии.
Микроорганизмы, производящие вторичные метаболиты, вначале проходят стадию быстрого роста, тропофазу, во время которой синтез вторичных веществ незначителен. По мере замедления роста из-за истощения одного или нескольких необходимых питательных веществ в культуральной среде микроорганизм переходит в идиофазу; именно в этот период синтезируются идиолиты. Идиолиты, или вторичные метаболиты, не играют явной роли в процессах метаболизма, они вырабатываются клетками для адаптации к условиям окружающей среды, например, для защиты. Их синтезируют не все микроорганизмы, а в основном нитчатые бактерии, грибы и спорообразующие бактерии. Таким образом, продуценты первичных и вторичных метаболитов относятся к разным таксономическим группам.
Новым подходом, направленным на увеличение выхода вторичных метаболитов, является иммобилизация клеток и тканей растений.
-
Основные этапы становления биотехнологии.
Биотехнология — одна из важнейших современных научных дисциплин, необходимых фармацевту, работающему как в лабораториях и цехах предприятий, выпускающих лекарственные средства, так и в аптеках и контрольных учреждениях. В каждом случае помимо знания общих основ этой науки (и сферы производства) обязательно также глубокое знакомство с теми ее разделами, которые будут наиболее близки профилю работы специалиста. Знакомство с биотехнологией необходимо всем выпускникам медицинских вузов независимо от их специализации: биотехнологические методы все более интенсивно проникают в практику диагностики, профилактики и лечения различных заболеваний, современные же концепции биотехнологии способствуют формированию мировоззрения человека, адекватного стремительному течению научно-технического прогресса в современном мире. Биотехнология формировалась и эволюционировала по мере формирования и развития человеческого общества. Ее возникновение, становление и развитие условно можно подразделить на 4 периода. 1.1. Эмпирический период или доисторический - самый длительный, охватывающий примерно 8000 лет. Древние народы того времени интуитивно использовали приемы и способы изготовления хлеба, пива и некоторых других продуктов, которые теперь мы относим к разряду биотехнологических. К эмпирическому периоду относятся получение кисломолочных продуктов, квашеной капусты, медовых алкогольных напитков, силосование кормов.
1.2. Этиологический период в развитии биотехнологии охватывает вторую половину XIX в. и первую треть XX в. (1856 - 1933 гг.). Он связан с выдающимися исследованиями великого французского ученого Л. Пастера (1822 - 95) - основоположника научной микробиологии. Пастер установил микробную природу брожения, доказал возможность жизни в бескислородных условиях, создал научные основы вакцинопрофилактики и др.
1.3. Биотехнический период - начался в 1933 г. и длился до 1972 г. В 1933 г. А. Клюйвер и А.Х. Перкин опубликовали работу «Методы изучения обмена веществ у плесневых грибов», в которой изложили основные технические приемы, а также подходы к оценке получаемых результатов при глубинном культивировании грибов. Началось внедрение в биотехнологию крупномасштабного герметизированного оборудования, обеспечивающего проведение процессов в стерильных условиях. Особенно мощный толчок в развитии промышленного биотехнологического оборудования был отмечен в период становления и развития производства антибиотиков (время второй мировой войны 1939-1945 гг., когда возникла острая необходимость в противомикробных препаратах для лечения больных с инфицированными ранами).
1.4. Геннотехнический период начался с 1972 г., когда П. Берг создал первую рекомбинацию молекулы ДНК, тем самым показав возможность направленных манипуляцией с генетическим материалом бактерий. Естественно, что без фундаментальной работы Ф. Крика и Дж. Уотсона по установлению структуры ДНК было бы невозможно достигнуть современных результатов в области биотехнологии. Выяснение механизмов функционирования и репликации ДНК, выделение и изучение специфичных ферментов привело к формированию строго научного подхода к разработке биотехнических процессов на основе генноинженерных манипуляций.