История развития, достижения в биотехнологиях
Реферат - Медицина, физкультура, здравоохранение
Другие рефераты по предмету Медицина, физкультура, здравоохранение
ующие группы биологических объектов:
- рекомбинанты, т.е. организмы, полученные методами генетической инженерии;
- растительные и животные тканевые клетки;
- термофильные микроорганизмы и ферменты;
- анаэробные организмы;
- ассоциации для превращения сложных субстратов;
- иммобилизованные биологические объекты.
Процесс искусственного создания биологического объекта (микроорганизма, или тканевой клетки) состоит в изменении его генетической информации с целью исключить нежелательные и усилить нужные свойства или придать ему совершенно новые качества. Наиболее целенаправленные изменения можно выполнить путем рекомбинаций - перераспределяя гены или части генов и объединяя в одном организме генетическую информацию от двух и более организмов. Получение рекомбинантных организмов, в частности, можно осуществить методом слияния протопластов, путем переноса природных плазмид и методами генной инженерии.
К нетрадиционным биологическим агентам на данном этапе развития биотехнологии относятся растительные и животные тканевые клетки, в том числе гибридомы, трансплантаты. Культуры клеток млекопитающих уже сейчас являются продуцентами интерферона и вирусных вакцин, в недалеком будущем осуществится крупномасштабное получение моноклональных антител, поверхностных антигенов клеток человека, ангиогенных факторов.
С развитием методов биотехнологии все большее внимание будет уделяться использованию термофильных микроорганизмов и их ферментов.
Ферменты, продуцируемые термофильными микроорганизмами, характеризуются термостабильностью и более высокой устойчивостью к денатурации по сравнению с ферментами из мезофилов. Проведение биотехнологических процессов при повышенной температуре с использованием ферментов термофильных микроорганизмов обладает рядом достоинств:
- увеличивается скорость реакции;
- повышается растворимость реактивов и за счет этого - продуктивность процесса;
3) уменьшается возможность микробного заражения реакционной среды.
Наблюдается возрождение биотехнологических процессов с использованием анаэробных микроорганизмов, которые нередко являются также термофильными. Анаэробные процессы привлекают внимание исследователей в связи с недостатком энергии и возможностью получения биогаза. Так как при анаэробном культивировании не нужна аэрация среды и биохимические процессы менее интенсивны, упрощается система теплоотвода, анаэробные процессы можно рассматривать как энергосберегающие.
Анаэробные микроорганизмы успешно используются для переработки отходов (биомассы растений, отходов пищевой промышленности, бытовых отходов и др.) и стоков (бытовые и промышленные стоки, навоз) в биогаз.
В последние годы расширяется применение смешанных культур микроорганизмов и их природных ассоциаций. В реальной биологической ситуации в природе микроорганизмы существуют в виде сообществ различных популяций, тесно связанных между собой и осуществляющих круговорот веществ в природе.
Основные преимущества смешанных культур по сравнению с монокультурами следующие:
- способность утилизировать сложные, неоднородные по составу субстраты, зачастую непригодные для монокультур;
- способность к минерализации сложных органических соединений;
- повышенная способность к биотрансформации органических веществ;
- повышенная устойчивость к токсичным веществам, в том числе тяжелым металлам;
- повышенная устойчивость к воздействию окружающей среды;
- повышенная продуктивность;
- возможный обмен генетической информацией между отдельными видами сообщества.
Следует особо выделить такую группу биологических объектов, как ферменты-катализаторы биологического происхождения, изучением которых в прикладном аспекте занимается инженерная энзимология. Основная ее задача - разработка биотехнологических процессов, в которых используется каталитическое действие энзимов, как правило, выделенных из состава биологических систем или находящихся внутри клеток, искусственно лишенных способности роста. Благодаря ферментам скорость реакций по сравнению с реакциями, протекающими в отсутствие этих катализаторов, возрастает в 10б- 1012раз.
Как отдельную отрасль создания и использования биологических объектов следует выделить иммобилизованные биологические объекты. Иммобилизованный объект представляет собой гармоничную систему, действие которой в целом определяется правильным подбором трех основных компонентов: биологического объекта, носителя и способа связывания объекта с носителем.
В основном используются следующие группы методов мобилизации биологических объектов:
- включение в гели, микрокапсулы;
- адсорбция на нерастворимых носителях;
- ковалентное связывание с носителем;
- сшивка бифункциональными реагентами без использования носителя;
- самоагрегация в случае интактных клеток.
Основными преимуществами использования иммобилизованных биологических объектов являются:
- высокая активность;
- возможность контроля за микроокружением агента;
возможность полного и быстрого отделения целевых продуктов;
- возможность организации непрерывных процессов с многократным использованием объекта.
Как следует из вышеизложенного, в биотехнологичиеских процессах возможно использование ряда биологических объектов, характеризующихся различными уровнями сл