Вопросы по общей биотехнологии.

1.Методы биотехнологии. Биообъекты.

2.Культивирование микроорганизмов.

3.Культивирование клеток животных.

4.Требования к оборудованию процессов в биотехнологии.

5.Среды для культивирования микроорганизмов.

6.Аппаратурное оформление процессов приготовления питательных сред.

7.Очистка и стерилизация технологического воздуха.

8.Пенообразование и пеногашение.

9.Химические и механические методы пеногашения.

10.Контроль и регулирование концентрации водородных ионов (рН), давления в процессе биосинтеза.

11. Контроль и регулирование температуры, давления, расхода воздуха на аэрацию.

12.Основные параметры контроля и регулирования производства биопрепаратов.

13.Влияние растворенного кислорода и углекислого газа в культуральной жидкости на жизнедеятельность микроорганизмов.

14.Методы фильтрации культуральной жидкости.

15.Технологическая обвязка биореактора.

16.Методы выделения и очистки при производстве биопрепаратов.

17.Методы осаждения, флотирования и фильтрации .

18.Методы центрифугирования, сепарирования, экстракции.

19.Процессы адсорбции, кристаллизации, упаривания применяемые при выделении биопрепаратов.

20.Иммобилизация биообъектов.

21.Генная инженерия.

22.Гибридомная технология.

23.Селекция микроорганизмов.

24.Биотрансформация.

25.Иммобилизованные ферменты.

26.Экологическая биотехнология.

27.Биотехнологические процессы в пищевой промышленности.

28. Использование биотехнологии в сельском хозяйстве.

29. Медицинская биотехнология.

30.Производство антибиотиков.

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ.

1.Методы биотехнологии. Биообъекты.

Методы, применяемые в биотехнологии, определяются 2 уровнями: клеточным и молекулярным. Тот и другой определяются биообъектами. В первом случае имеют с бактериальными клетками (для получения вакцинных препаратов),актиномицетов (при получении антибиотиков), микромицетов (при получении лимонной кислоты), животных клеток (при получении противовирусных вакцин), клеток человека (при изготовлении интерферона) и др. Во втором случае дело имеют с молекулами, например с нуклеиновыми кислотами. Однако в конечной стадии молекулярный уровень трансформируется в клеточный.

Микробные клетки, клетки животных и растений в процессе жизнедеятельности образуют новые продукты и выделяют метаболиты разнообразного физико-химического состава и биологического действия. На каждой стадии биологического синтеза клетки, можно определить те продукты, которые могут быть использованы в биотехнологии. При выборе биологического объекта нужно соблюдать принцип технологичности. Если в течении многочисленных циклов культивирования свойства биологического объекта не сохраняются или претерпевают существенные изменения, то такой биообъект признается нетехнологичным. Существующие биообъекты с успехом используются для создания новых не существующих в природе биообъектов. Это создание новых клеток микроорганизмов, растений, животных методами генной инженерии.

К наиболее перспективным относятся следующие группы биообъектов:

- рекомбинанты, т.е. организмы полученные методами генетической инженерии;

- растительные и животные тканевые клетки;

- термофильные м/орг. и ферменты;

- анаэробные организмы;

- иммобилизованные биологические объекты;

- ассоциации для превращения сложных субстратов.

Изменяя генетическую информацию можно исключить нежелательные и усилить нужные свойства или придать совершенно новые качества.

Растительные и животные тканевые клетки уже сейчас являются продуцентами интерферона и вирусных вакцин, планируется получение моноклональных антител, поверхностных антигенов клеток человека.

Проведение биотехнологических процессов при повышенной температуре с использованием ферментов термофильных микроорганизмов обладает рядом преимуществ это увеличение скорости реакции, уменьшение возможности микробного заражения реакционной среды.

Анаэробные микроорганизмы успешно используются для переработки отходов и стоков в биогаз.

Преимуществами иммобилизованных биообъектов являются: высокая активность, возможность контроля за микроокружением агента, возможность полного и быстрого отделения целевых продуктов, возможность организации непрерывных процессов с многократным использованием объекта.

Набор биообъектов непрерывно пополняется.

2.Культивирование микроорганизмов.

Культивирование является основной стадией технологического процесса. Культивирование осуществляется следующими основными способами: поверхностное, глубинное, периодическое, отъемно-доливное и непрерывное.

При поверхностном культивировании клетки растут на поверхности плотной среды, содержащей питательные вещества и влагу. При жидкофазном поверхностным культивировании м/орг. растут на поверхности жидкой питательной среды, потребляя питательные вещества и выделяя в эту среду продукты метаболизма.

При глубинном культивировании м/орг. распределяются по всему объему жидкой питательной среды и получают питательные вещества, кислород, азот, углекислый газ в результате перемешивания и аэрации. Этот метод позволяет получить за короткое время большое количество биомассы и продукта биосинтеза. Возможно осуществлять управляемое культивирование.

Периодическое глубинное культивирование представляет собой закрытую систему, в которой скорость роста биомассы стремится к нулю из-за исчерпания субстрата и накопления ингибиторов. Фазы роста следующие:

- лаг-фаза начинается после посева м/орг. и является периодом адаптации. Во время этой фазы клеточная масса изменяется без изменения числа клеток.

- лаг-фаза переходит в фазу экспоненциального роста . В этот период происходит быстрое накопление биомассы и продуктов реакции.

- фаза линейного роста характеризуется сбалансированностью роста, т. е. скорость роста остается постоянной па протяжении всего процесса культивирования. Состав культуральной жидкости изменяется, происходит потребление питательных веществ и вырабатываются продукты метаболизма.

- фаза линейного роста сменяется фазой замедленного роста, т.е. скорость роста снижается до нуля.

- фаза замедленного роста сменяется стационарной фазой, скорость гибели м/орг. компенсируется скоростью прироста биомассы.

- фаза отмирания культуры наступает при полном истощении питательной среды и значительном накоплении ингибиторов.

При непрерывном культивировании в биореакторе поддерживается постоянное во времени оптимальные условия, и биосинтез с помощью физиологически неизменной биомассы протекает с постоянной скоростью. Непрерывные ферментации могут быть осуществлены технологически различными методами в зависимости от кинетической характеристики процесса . Эти методы могут быть одно-, двух- или многостадийными в зависимости от количества последовательно работающих аппаратов. В непрерывной микробной культуре рост может поддерживаться в течение длительного времени при котором концентрация клеток, удельная скорость роста и окружающая клетки среда не изменяется со временем.

По способу удаления культуральной жидкости из биореактора и добавления питательной среды различают отъемно-доливной метод при котором после накопления в культуральной жидкости определенной концентрации продукта, часть культуральной жидкости сливается и заменяется свежей питательной средой. Такой отъем повторяют периодически.

Проточный метод культивирования, при котором в культуру с постоянной скоростью подается питательная среда, а объем культуральной жидкости поддерживается на постоянном уровне путем непрерывного отлива части культуральной жидкости.