Файл: Биотехнология 1 мод.docx

Лекція №1. Введення у біотехнологію. Історія розвитку, сучасність, майбутнє

БІОТЕХНОЛОГІЯ У ВЕТЕРИНАРНІЙ МЕДИЦИНІ

ТЕМА ЛЕКЦІЇ: ВВЕДЕННЯ У БІОТЕХНОЛОГІЮ

АВТОР: НОВІЦЬКА О.В., кандидат ветеринарних наук,

кафедра мікробіології, вірусології та біотехнології НУБіП України

АНОТАЦІЯ

Викладено основні положення про нову навчальну дисципліну – біотехнологію у ветеринарній медицині , показано її роль серед інших біологічних наук в формуванні майбутнього лікаря ветеринарної медицини. Детально охарактеризовані основні етапи розвитку біотехнології як науки та висвітлено визначні історичні віхи.

Метою лекції є ознайомлення студентів , що навчаються за спеціальністю «Ветеринарна медицина» з новою наукою – біотехнологією у ветеринарній медицині .

Засвоєння матеріалу лекції є суттєвим елементом становлення лікаря ветеринарної медицини .

План лекції:

1. Вступ. Визначення терміну «Біотехнологія». Чому ми вивчаємо цю дисципліну, що дають отримані знання лікарю ветеринарної медицини?

2. Зв язок біотехнології з іншими дисциплінами

3. Етапи становлення біотехнології

4. Основні розділи біотехнології.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

1. ВСТУП.

В результаті стрімкого прогресу різних складових частин фізико-хімічної біології виникло нове спрямування у науці та виробництві, яке отримало назву - біотехнологія. Це міждисциплінарна галузь науково-технічного прогресу, яка є більш зрілим станом у розвитку біології, яка нині і в майбутньому займатиметься створенням цілого з елементів вивчених раніше.

Біотехнологія є однією з найбільш перспективних і прогресуючих галузей науково-технічної і промислової діяльності . З її розвитком пов'язано вирішення ряду важливих соціальних, сировинних, продовольчих і екологічних проблем. Світовий бізнес в біотехнологічній галузі переживає період підвищення інвестиційної активності в науковій, освітянській та промисловій сферах, стрімко зростає ринок біотехнологічної продукції медичного, сільськогосподарського та харчового призначення

Задачі вивчення дисципліни :

• Ознайомлення студентів з природою і багатогранністю біотехнологічних процесів, зі здобутками біотехнології у ветеринарній медицині і сільському господарстві.

• Вивчення методів контролю, стандартизації і сертифікації біологічних препаратів.

• Ознайомлення з основними елементами приготування імунобіологічних препаратів, призначених для профілактики і діагностики патологічних станів тварин.

• Пізнання основ молекулярної біології нуклеїнових кислот та процесів біосинтезу білка.

• Ознайомлення з методологією генної інженерії (створення рекомбінантних конструкцій, транс генних тварин, рослин, мікроорганізмів).

• Ознайомлення з біотехнологічними аспектами вирішення екологічних проблем.

Вперше термін «Біотехнологія» застосував угорський інженер Карл Е рекі у 1917 році.

---

Біотехнологія (від грец. « bios » - життя, « teken » - мистецтво, « logos » - наука).

Згідно визначенню Європейської біотехнологічної федерації (заснована у 1978р .) Біотехнологія - це наука, яка застосовує знання у галузі мікробіології, біохімії, генетиці, генної інженерії, імунології, хім. технології, приладо - та машинобудуванні та використовує біологічні об’єкти (мікроорганізми, клітини тканин та рослин) або молекули (нуклеїнові кислоти, білки, ферменти, вуглеводи) для промислового виробництва корисних для людей та тварин речовин та продуктів.

2. ЗВ'ЯЗОК З ІНШИМИ ДИСЦИПЛІНАМИ

Фундаментом біотехнології є мікробіологія, вірусологія, генетика, імунологія, хімічна технологія, біохімія, біофізика, молекулярна біологія

Біотехнологія ц е напрям біології, який вивчає застосування біологічних об’єктів тахіміко-біологічних процесів з метою отримання різноманітної продукції для вирішення народногосподарських проблем.

Біотехнологія – це будь-який вид технології, пов'язаний з використанням біологічних систем живих організмів або їх похідних з метою виготовлення або зміни продуктів для конкретного призначення.

Біотехнологія це система прийомів керованого використання процесів життєдіяльності живих організмів для отримання промисловим способом цінних продуктів.

повернутися до змісту

3. ЕТАПИ СТАНОВЛЕННЯ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Хоча біотехнологія як окрема наука та галузь виробництва вважається наймолодшою з усіх відомих, її формування відбувалося разом з розвитком людського суспільства.

Серед етапів розвитку біотехнології можна виділити 4, які широко розкривають сутність становлення цієї науки.

Перший період , як і у всіх інших наук – це емперічний період (від грец. « emperikos ” -дослідний ) або доісторичний – найдовший (6000 р до н.е. + 2000 р. н.е.).

У цей період відбувається використання методів та способів, які ми зараз відносимо до біотехнологічних:

· Виготовлення хлібу;

· Виготовлення пива (виготовляли шумери - перші жителі Месопотамії сучасної території Іраку. Набутий досвід передавався та розповсюджувався серед ассірійців, вавилонян, єгиптян та індійців);

· Виготовлення оцту;

· Отримання медових алкогольних напоїв;

· Перша дистиляція у виноробстві (12стр);

· Виготовлення горілки з хлібних злаків (16стр);

· Виготовлення шампанського (18 стр);

· Отримання кисломолочних продуктів;

· Отримання квашених овочів та капусти;

· Силосування кормів.

Другий період - етіологічний (від грец. «aitia»- причина) Він тривав 1856-1933рр.

Серед досягнень другого періоду слід виділити:

-1856р . - Г. Мендель відкрив закони домінування ознак та ввів поняття одиниці

спадковості у вигляді дискретних факторів, які передаються від батьків нащадкам, пізніше названих генами .

-1859р . - роботи Луї Пастера:

§ встановлення мікробної природи бродіння;

---

§ доказ можливості життя у без кисневих умовах;

§ виготовлення рідкого поживного середовища.

-1869 р .- швейцарський біохімік Йоганн Фрідріх Мішер виділив «нуклеїн» (ДНК) з лейкоцитів.

-1881р . - роботи Р. Коха:

§ метод культивування бактерій на стерильних шматочках картофеля та на агарізованих середовищах внаслідок чого стало можливим отримання чистих культур з наступним цільовим використанням (бродіння, окислення).

-1883р . – І. Мечников розробив теорію клітинного імунітету

-1892р . - Д. Івановський відкрив віруси.

На цей період припадає зародження капіталізму, тому швидко і активно розвивається виробництво пресованих дріжджів, ацетону, бутанолу, лимонної та молочної кислот. У Франції працюють над виготовленням біоустаткування для мікробіологічного очищення стічних вод.

3.Третій період - біотехнічний 1933-1972рр.

Усі прогресивні досягнення того часу найшли своє застосування у біотехнології.

-1933р. – А. Клюйвер та А. Перкін запропонували основні технічні прийоми глибинного культивування пліснявих грибів та методи оцінки продуктів культивування (опублікували роботу «Методи вивчення обміну речовин у пліснявих грибів»). Розпочалося впровадження у біотехнологію великомасштабного герметичного обладнання, яке забезпечує стерильні умови культивування.

-1936р. – конструйовано та впроваджено у практику біореактор (ферментер, апарат-культиватор).

-1939-1945рр . – розвиток промислового обладнання для виробництва антибіотиків.

-1943р . – виготовлення пеніциліну у промислових масштабах.

-1939р. – А. Тізеліус – розробив теорію електрофорезу.

-1942р .- М.Дельбрюк і Т. Андерсон вперше побачили віруси у електронному мікроскопі.

-1948р . – народження теля від штучно заплідненої корови.

-1949р . – Дж. Ледерберг відкрив процес кон’югації у Е.соli.

-1950р. – Ж. Моно розробив теоретичні основи безперервного керованого культивування мікробів.

-1950р. – відкриття Чаргаффом нуклеотидного складу ДНК

-1951р. – У. Хейс описав плазміду як позахромосомний фактор спадковості.

-1953р. - амеріканський біолог Джеймс Уотсон та британський молекулярний біолог Френсіс Крик визначили структуру подвійної спіралі ДНК, що, у свою чергу, привело до нових відкриттів принципів роботи ДНК на молекулярному рівні.

-1959р. – японські вчені відкрили плазміди антибіотикостійкості ( R -фактор) у дизентерійної бактерії.

-1960р .- С.Очоа і А. Корнберг виділили білки-ферменти які можуть «зшивати» нуклеотиди у полімерні ланцюги. Була виділена ДНК-полімераза з кишкової палички.

-1961р . – М.Ніренберг прочитав перші три букви генетичного коду для амінокислоти фенілаланін.

-1962р. – Х. Корана синтезував хімічним способом функціональний ген.

-1969р. – М.Беквіт і С.Шакіро виділили ген lac -оперона у Е.соli.

-1970р. - Виділили фермент рестріктазу.

Проте, ці відкриття були досягненнями лише у генетиці, мікробіології та біохімії і тільки у 1972 році науковці запропонували новаторський підхід об’єднання біохімії з технологіями. У цьому році амеріканці Герберт Бойер , Пол Берг і Стенлі Коен розробили РЕКОМБІНАНТНУ ДНК , яка поєднала ДНК людини та бактерії. Вчені винайшли спосіб перетворення бактерій у «фабрики» по виготовленню таких важливих для людини білків як інсулін та гормон росту.

---

Розпочався четвертий період – генотехнічний (від грец. « genesis » - походження).

Цей період характеризується створенням нових методів дослідження:

-1975р . – Г.Келер і Ц. Мільштейн описали метод отримання моноклональних антитіл(опублікували у журналі «Nature» статтю «Тривалопереживаючи культури гібридних клітин, які секретують антитіла певної специфічності»).

-1977р. – М.Максам і У.Гілберт розробили метод аналізу первинної структури ДНК шляхом хімічної деградації, а Дж.Сенгер – шляхом полімеразного копіювання з використанням термінуючи аналогів нуклеотидів.

-1981р . – дозволений до використання у США перший діагностичний набір моноклональних антитіл.

-1982р . - надійшов у продаж людський інсулін , отриманий від клітин Е.соl i , дозволено застосування рекомбінантних вакцин; розроблені генно-інженерні інтерферони, фактор некротизації пухлин, інтерлейкін-2, соматотропний гормон людини.

-1986р. – К.Мюлліс розробив метод полімеразноланцюгової реакції.

-1988р . – розпочато широкомасштабне виробництво обладнання та діагностичних або рів для ПЛР.

-1997р. - отримання клону тварини (вівця Доллі) з диференційованої соматичної клітини.

Досягнення біотехнології у четвертому періоді :

· Розробка інтенсивних процесів (замість екстенсивних) з продуцентами антибіотиків, ферментів, амінокислот та вітамінів.

· Отримання суперпродуцентів

· Створення різних продуктів на основі генно-інженерних технологій

· Створення організмів, які раніше не існували у природі.

· Розробка та впровадження у практику спеціальної апаратури біотехнологічних систем.

· Автоматизація та компютерізація біотехнологічних виробничих процесів при максимальному використанні сировини та мінімальному використанні енергії.

За роки становлення біотехнології були проведені роботи по:

· Отриманню стійких, зі спадково закріпленими властивостями, авірулентних штамів мікроорганізмів для виготовлення живих вакцин.

· Розробці та отриманню нових поживних середовищ для культивування мікроорганізмів на основі гідролізатів та екстрактів з сировини нехарчового призначення

· Отриманню сироваткових поживних середовищ для лептоспір

· Розробці глибинного реакторного способу культивування багатьох видів мікроорганізмів та грибів.

· Отриманню нових ліній клітин, чутливих до багатьох вірусів

· Розробці та впровадженню сучасних методів концентрування отриманих продуктів та сублімаційній сушці.

· Підвищенню культури виробництва біопрепаратів.

повернутися до змісту

4. ОСНОВНІ РОЗДІЛИ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Біотехнологія як наука поділяється на напрямки:

· Генетична інженерія та ге н отерапія;

· Клітинна інженерія;

· Інженерна ензимологія (отримання та застосування ферментних препаратів);

· Імунобіотехнологія;

· Біоелектроніка;

· Біоелектрохімія;

· Біоніка;

· Нанотехнологія;

---

У промисловому масштабі біотехнологія це індустрія, яка має галузі:

· Виробництво білка, амінокислот, вітамінів, ферментів;

· Виробництво лікувально-профілактичних та діагностичних препаратів (вакцин, сироваток, антигенів, алергенів, інтерферонів, антибіотиків);

· Отримання гербіцидів та біоінсектицидів;

· Отримання нових порід тварин, сортів рослин;

· Вирощування тканинних та клітинних культур рослинного та тваринного походження;

· Виробництво полімерів та сировини для текстильної промисловості;

· Отримання метанолу,етанолу, біогазу, водню;

· Переробка виробничих та господарських відходів, стічних вод, гною тварин;

· Біоремедіація (утилізація небезпечних викидів нафти, хімікатів, які забруднюють ґрунти та воду);

· Б і огеотехнолог і я (раніше трактувалося як мікробне вилужування металів. Вивчає видобуток металів з руд за допомогою мікроорганізмів).

Біотехнологічну промисловість інколи поділяють на 4 спрямування:

«Червона біотехнологія» - виготовлення біофармацевтичних препаратів (протеїнів, ферментів, антигенів, антитіл) для людини, а також корекція генетичного коду.

«Зелена біотехнологія» - розробка та впровадження у культуру геномодифіковані рослини.

«Біла біотехнологія» - виробництво біопалива, ферментів та біоматеріалів для різних галузей промисловості.

Академічні та державні дослідження – наприклад, розшифровка геному людини, геному рису.

Завдання біотехнології.

Основні напрямки розвитку біотехнології для потреб ветеринарії:

· Виробництво мікробного білка для кормових цілей, незамінних амінокислот (лізин, метіонін, треонін), вітамінів, ферментних препаратів для покращення засвоюваності кормів.

· Виробництво на основі генної інженерії та молекулярної біології вакцин, антибіотиків, моноклональних антитіл, інтерферонів, ферментів, антигенів.

Перспективні напрямки розвитку біотехнології:

· Створення трансгенних рослин та тварин.

· Створення нових методів переробки та збереження харчових продуктів, отримання харчових добавок (продукція мікроорганізмами полімерів, ферментів та амінокислот).

· Використання ферментів для вдосконалення діагностики, створення біоелектронних імуносенсорів (на їх основі можна створювати дешеві прилади, які здатні визначати та підтримувати на заданому рівні концентрацію речовин у рідинах тіла).

· Розробка нових методів утилізації відходів.

Лекція №2 Системи, обєкти, принципи біотехнології

БІОТЕХНОЛОГІЯ У ВЕТЕРИНАРНІЙ МЕДИЦИНІ

Ветеринарна медицина.

Факультет ветеринарної медицини.

Кафедра мікробіології, вірусології та біотехнології.

ТЕМА ЛЕКЦІЇ : СИСТЕМИ, ОБ’ЄКТИ, ПРИНЦИПИ,

СУБСТРАТИ ТА ПРОДУКТИ БІОТЕХНОЛОГІЇ.

АВТОР: НОВІЦЬКА О.В., кандидат ветеринарних наук

АНОТАЦІЯ

Викладено основні положення щодо систем, об’єктів та принципів біотехнології. Охарактеризовано структуру біологічних систем та об’єктів біотехнологічних процесів. Біотехнологічна система це єдина система, яка складається з послідовних стадій та операцій, кількість та особливості яких залежать від виду продукту та його товарної форми.

---