Занятие 6.
ТЕМА ЗАНЯТИЯ:Ознакомление со структурой биотехнологического производства. Цех подготовительных операций. Цех ферментации. Цех выделения и очистки. Контроль. Обеспечение безопасности окружающей среды.
ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Рассмотрение особенностей структурной организации биотехнологического производства.
Вопросы, выносимые на семинар:
1. Охарактеризуйте особенности биотехнологического производства.
2. Приведите классификацию биотехнологических процессов.
3. Перечислите структурные элементы биотехнологического процесса.
4. Рассмотрите особенности приготовления питательной среды, необходимой для осуществления процесса биосинтеза биологически активных веществ.
Укажите классификацию питательных сред и охарактеризуйте каждую из перечисленных групп.
Рассмотрите вторую ступень биотехнологического производства – выращивание действующего биологического начала.
Введите понятия «чистая культура», «элективная культура», «проточная культура».
Охарактеризуйте принципы оснащения биопроизводств.
Приведите классификацию биореакторов.
Охарактеризуйте значение, сущность и аппаратурное оформление стадии ферментации биотехнологического процесса.
Приведите возможную классификацию процессов периодического культивирования.
Приведите возможную классификацию процессов непрерывного культивирования.
Перечислите достоинства и недостатки методов периодического и непрерывного культивирования.
Охарактеризуйте основные системы, входящие в состав биореактора: система перемешивания и аэрации, система теплообмена, система пеногашения, система стерилизации.
Охарактеризуйте основные элементы постферментационной стадии (сепарация, дезинтеграция, отделение клеточной стенки от гомогената, отделение и очистка целевого продукта, концентрирования целевого продукта, сушка продукта, хранение целевого продукта, стабилизация продукта).
Перечислите основные способы стерилизации питательных сред. Приведите характеристику термического способа стерилизации питательных сред. Охарактеризуйте возможности химического и радиационного способов стерилизации питательных сред.
Охарактеризуйте особенности контроля микробиологического производства.
Поясните особенности охраны окружающей среды биотехнологическими методами (обезвреживание и утилизация твердых отходов, очистка сточных вод, очистка отработанных газов).
Занятие 1: Изучить учебный материал.
Учебный материал.
Современная концепция обеспечения качества биотехнологической продукции.
Многолетний опыт показал, что гарантировать качество лекарственных средств можно с помощью строгого регламентирования всех этапов: доклинических исследований, клинических испытаний, производства и реализации.
На этапе доклинических исследований, когда проводится изучение фармакологической активности, токсичности и других характеристик лекарственных средств на животных, одной из основных задач является обеспечение объективности получаемых данных. Для достижения этой цели необходимо строго соблюдать правила лабораторной практики (GLP), которые впервые были разработаны и внедрены в США. Данные правила определяют методологии, уровень организации и проведения доклинических исследований биотехнологических продуктов и лекарственных средств. Этими правилами регламентируются требования к административной структуре испытательного центра, к квалификации и обязанностям специалистов, организация рабочих мест, документированию проводимых исследований, испытуемым веществам, эталонным препаратам, биомоделям и т.п.
На систему GLP опираются в случаях испытания веществ на: микробную обсемененность, пирогенность, токсичность (острую, подострую, хроническую), специфическую токсичность (концерогенность, антигенность, лекарственную зависимость и т.п.), на безопасность для микроорганизма при введении in vivo (абсорбция, распределение, скорость выведения, метаболизм), фармакологические испытания с оценкой фармакокинетики и фармакодинамики.
Использование стандартов GLP при доклинических испытаниях и инспектирование лабораторий позволяют гарантировать безопасность последующих клинических испытаний, что способствует обеспечению качества биотехнологических продуктов. Клинические испытания биотехнологических продуктов начинается после экспертизы данных, полученных в ходе доклинических исследований. Основной целью клинических испытаний является установление эффективности и безопасности биотехнологических препаратов, выявление побочных эффектов, определение диапазона терапевтических доз и т.д.
Все лекарственные средства должны производиться в соответствии с принципами и правилами производственной практики (GMP). Впервые правила GMP были разработаны в США в 1936 г. GMP – это единственная система требований по контролю качества лекарственных средств с начала переработки сырья до производства готовых препаратов, включая общие требования к помещению, оборудованию и персоналу. Правилами GMP установлены требования к организационной структуре предприятия, обязанностям отдела контроля качества, квалификации персонала, зданиям, помещениям, оборудованию, проведению контроля за компонентами и укупорочными средствами, организации технологического процесса, упаковке и этикетированию, хранению и отгрузке, лабораторному контролю, регистрации и отчетности. Важное значение в правилах GMP отводится валидации фармацевтического производства.
Отличительные особенности биотехнологического производства.
Процесс обычно реализуется в условиях строгой чистоты культуры, что достигается стерилизацией всей аппаратуры, а также всех компонентов, поступающих в биореактор.
Культивирование проводится в гетерогенных многофазных системах, реологические свойства которых в ходе процесса часто меняются.
Многокомпонентность питательных сред.
Сложность биохимических процессов регуляции роста биомассы и синтеза микробных метаболитов.
Автокаталитичность процесса, т.е. влияние продукта реакции на скорость протекания процесса.
Более высокая вариабельность биотехнологических процессов по сравнению с химико-технологическими процессами.
Относительно низкие скорости реакций, концентрации субстратов, получаемых продуктов, которые, как правило, еще не являются готовой продукцией.
Обычно умеренная температура в пределах 20 – 40 С и близкие к нейтральным значения рН.
Различие условий, оптимальных для роста микроорганизмов и биосинтеза целевых продуктов метаболизма.
Культивирование микроорганизмов – сложный технологический процесс, требующий для своего осуществления довольно сложной аппаратуры.