- •Введение
- •Лекция 1 Технология ферментационных процессов – I
- •1.1. Устройство и основные конструкторские детали ферментеров и биореакторов
- •1.2. Обеспечение тепло- и массообмена
- •1.3. Системы аэрирования и перемешивания
- •1.4. Системы пеногашения, асептики и стерилизации
- •Дополнительная
- •Лекция 2 Технология ферментационных процессов – II
- •2.1. Твердофазная, жидкофазная и газофазная ферментация
- •2.2. Периодический способ культивирования
- •2.3. Промежуточные способы культивирования
- •2.4. Непрерывный способ культивирования
- •2.5. Принцип масштабирования технологических процессов
- •Дополнительная
- •3.2. Типы размножения микроорганизмов
- •3.3. Фазы роста культуры микроорганизмов
- •3.4. Периодический метод культивирования микроорганизмов
- •3.5. Непрерывный метод культивирования микроорганизмов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Методы выделения накопительных культур микроорганизмов
- •Методы выделения чистых культур микроорганизмов
- •4.2. Выращивание микроорганизмов глубинным методом и методом поверхностных культур
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 5 основные типы биотехнологических процессов – I
- •5.1. Производство биомассы
- •5.2. Производство спиртов и полиолов Производство этанола
- •Производство ацетона и бутанола
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 6 основные типы биотехнологических процессов – II
- •6.1. Производство вторичных метаболитов
- •6.2. Биотрансформация
- •6.3. Производство ферментов
- •Технологические процессы производства ферментных препаратов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 7 основные типы биотехнологических процессов – III
- •7.1. Производство аминокислот
- •Микробиологическое производство l-глутаминовой кислоты
- •Технология получения l-глутаминовой кислоты
- •Получение лимонной кислоты
- •Получение уксусной кислоты
- •Получение пропионовой кислоты
- •Получение глюконовой кислоты
- •Получение итаконовой кислоты
- •Получение яблочной кислоты
- •7.3. Производство витаминов
- •Получение каротиноидов (предшественников витамина а)
- •Получение витамина d
- •Получение витамина в2 (рибофлавина)
- •Получение витамина с
- •Получение витамина в12 (цианкобаламина)
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 8 Критерии оценки эффективности биотехнологических процессов
- •8.1. Скорость роста биомассы и время генерации
- •8.2. Общая продуктивность процесса
- •8.3. Скорость потребления субстрата
- •8.4. Скорость биосинтеза продукта
- •8.5. Экономические коэффициенты (коэффициенты выхода) и метаболические (трофические) коэффициенты
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 9 Иммобилизованные клетки и ферменты - I
- •9.1. Источники ферментов. Преимущества иммобилизованных ферментов
- •9.2. Характеристика носителей для иммобилизации ферментов
- •Органические носители
- •9.3. Физическая иммобилизация ферментов
- •Методы физической иммобилизации
- •3. Иммобилизация путем отделения фермента от остальной среды полупроницаемой перегородкой (мембраной)
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 10 Иммобилизованные клетки и ферменты - II
- •10.1. Химическая иммобилизация ферментов
- •Приёмы химической иммобилизации:
- •5. Модификация аминогрупп с образованием азометиновых связей
- •10.2. Сохранение стабильности иммобилизованных ферментов
- •10.3. Соиммобилизация
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Этапы истории
- •11.2. Основные характеристики клеток животных
- •11.3 Этапы культивирования клеток животных
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •12.2. Глубинное выращивание клеток в суспензированных культурах
- •12.3. Среды для выращивания клеток
- •Основной состав питательных сред
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Вопросы для самоконтроля
- •13.2. Поверхностное культивирование клеток растений
- •13.3. Культивирование клеток растений в глубинных условиях
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •14.2. Сохранение культур клеток растений
- •14.3. Использование методов генетической инженерии в фитобиотехнологии
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 15 Основы клеточной инженерии
- •15.1. Протопласты: определение, применение
- •15.2. Способы выделения протопластов
- •Стандартная методика получения протопластов (по Такебе) (из тканей листа Nicotiana tabacum)
- •15.3. Способы культивирования протопластов
- •15.4. Слияние протопластов (парасексуальная гибридизация)
- •15.5. Виды соматических гибридов
- •15.6. Гибридомная технология
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 16 Основы молекулярной биотехнологии - I
- •16.1. Традиционные методы селекции. Методы селециии микроорганизмов
- •Методы селекции
- •16.2. Принципы селекции микроорганизмов
- •16.3. Селекция продуцентов антибиотиков, органических кислот и ферментов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 17 Основы молекулярной биотехнологии - II
- •17.1. Генетическая инженерия, ее методы и задачи
- •17.2. Получение фрагментов чужеродной днк и их очистка
- •17.3. Конструирование рДнк и клонирование генов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 18 Основы молекулярной биотехнологии - III
- •18.1. Амплификация
- •18.2. Экспрессия генов
- •18.3. Геномная библиотека
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Лекция 19 организация, контроль и управление биотехнологическими процессами
- •19.1. Системы gmp, gap, glp
- •III раздел «Персонал»:
- •IV раздел «Здания и помещения»:
- •V раздел «Оборудование»:
- •VI раздел «Процесс производства»:
- •VIII раздел «Валидация»:
- •19.2. Социальные аспекты биотехнологии и биоинженерии. Контроль применения биотехнологических методов
- •19.3. Понятие о биоэтике и биобезопасности
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
19.2. Социальные аспекты биотехнологии и биоинженерии. Контроль применения биотехнологических методов
В настоящее время приняты законы и другие государственные акты, создающие нормативно-правовую базу для современной биотехнологии и биоинженерии. Так, в России Федеральный Закон «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности» принят 5 июня 1996 г. (№ 86 – Ф3). В этом законе установлены четыре уровня риска возможного потенциально вредного воздействия генно-инженерной деятельности на здоровье человека:
уровень риска соответствует работам, которые представляют опасность для здоровья и сопоставимы с риском при работе с непатогенными микроорганизмами;
уровень риска соответствует работам, которые представляют незначительную опасность для здоровья человека и сопоставимы с опасностью при работах с условно-патогенными микроорганизмами;
риск работ, которые представляют умеренную опасность для здоровья человека и сопоставимы с опасностью при работах с микроорганизмами, потенциально способными к передаче инфекции;
уровень риска соответствует работам, которые представляют опасность при работах с возбудителями особо опасных инфекций.
В законе определены требования к лицам, осуществляющим генно-инженерную деятельность; требования по стандартизации и сертификации генно-инженерной продукции (услуг); закон определяет ответственность юридических и физических лиц, осуществляющих генно-инженерную деятельность и пр. С 2001 г. в России установлена система обязательной маркировки пищевых продуктов, полученных из генетически модифицированных источников. Это обеспечивает условия выбора гражданами продовольственной и другой продукции с учетом ее генетической природы и личного отношения каждого к такой продукции.
Для производства и реализации всех товаров, в т.ч. полученным из ГМО, обязательным является их стандартизация. Госстандарт России предложил создать Федеральную программу «Проблемы производства и реализации продуктов питания, полученных из генно-модифицированных источников пищи». Главная задача этой программы – нормативное и нормативно-методическое обеспечение качества и генетической безопасности генно-инженерно-модифицированных продуктов питания и продовольственного сырья. Приоритетным направлением в области нормативного обеспечения является разработка «Концепции стандартизации генно-модифицированных продуктов», внесение изменений в действующую нормативную документацию на пищевую продукцию, продовольственное сырье и методы испытания, в частности включение дополнительных требований по генетической чистоте, идентификации и маркировке генно-модифицированных продуктов питания; на пороговые уровни потребления для человека ГМ-продуктов питания. Необходимо разработать правила и порядок оценки соответствия ГМ-продуктов питания требованиям генетической безопасности; нормативных документов по государственному контролю и надзору за производством, хранением, реализации и обращением ГМ-продуктов питания.
19.3. Понятие о биоэтике и биобезопасности
Биологическая технология коренным образом изменяет фундаментальные свойства организмов: наследственность, изменчивость, энерго- и массообмен, адаптацию и устойчивость, продуктивность и качество.
Такое искусственное вмешательство в строго запрограммированные генетические структуры не позволяют всегда точно прогнозировать возможные последствия. Это, естественно, вызывает большое беспокойство людей во многих странах, что может серьезно затормозить развитие биотехнологии и особенно биоинженерии.
Однако оснований для этого нет, о чем, в частности, свидетельствует развитие новейшей биотехнологии уже на протяжении пятидесяти лет. На человека и среду его обитания постоянно действуют природные, техногенные и другие факторы. Если они действуют отрицательно, то наука, общество и государство должны им эффективно противодействовать, т.е. обеспечить безопасность человека – состояние защищенности жизненно важных интересов личности и самой жизни. Безопасность человека не может быть обеспечена без защиты среды его обитания и жизнедеятельности. Безопасность может быть биологической, экологической, экономической, продовольственной, военной и т.д.
Важнейшей составной частью безопасности является биобезопасность. Биобезопасность – это защищенность человека и окружающей среды от вредного воздействия различных биологических соединений, содержащихся в природных или генно-инженерно-модифицированных биологических объектах и полученных из них продуктов. Биобезопасность важна не только для человека, но и для растений, животных и полезных микроорганизмов. В самом деле, биологически опасные организмы и продукты их жизнедеятельности могут лишить человека продовольственных и других источников и возможностей существования. Поэтому разработаны различные методы контроля за технологическими процессами и качеством биологических веществ, вновь вовлекаемых в сферу использования человеком. Особую опасность для здоровья и жизни людей представляет алкогольная интоксикация, наркомания и ядовитые грибы.
Манипуляции с растительными и животными клетками и их органеллами основаны на фундаментальных свойствах клеток и тканей, тотипотентности, соматической гибридизации, дифференциации и дедифференциации. В клеточных технологиях постоянно используется спонтанный и направленный мутагенез. Это приводит к генетической гетерогенности клеток. Исходя из этого, в клеточных биотехнологиях должен быть построенный мониторинг полученных мутантов. Они должны иметь устойчивые генотипы, ибо распространение неустойчивых мутантов может привести, например, в сельском хозяйстве к большим потерям урожая.
Биотехнологические процессы нужно непрерывно контролировать и своевременно выявлять возможные отклонения от нормы основных параметров и качества продукции. Показано, что при работе с животными тканями и клетками возможно накопление токсических веществ, необычных продуктов метаболизма, в т.ч. при их хранении. Считают, что клеточная биотехнология растений (селекция сортов, получение продуктов для фармацевтической и пищевой промышленности) более безопасна, чем использование клеточных и тканевых технологий в животноводстве, где нужен более жесткий контроль и управление.
При проведении рДНК–биотехнологии важной проблемой является возможность получения мутантов с содержанием токсичных или аллергенных для человека белков или других опасных соединений. Не исключено, что при трансгенозе могут активироваться «молчащие» гены, поэтому вероятно появление генотипов, опасных для здоровья и жизни человека. Возможность появления таких мутантов значительно возрастает при использовании искусственных, синтетических генов для трансгенных растений, животных и микроорганизмов с улучшенными и принципиально новыми свойствами. Не исключено также взаимодействие полученных модифицированных генов с генами третьих генотипов, что может привести к становлению новых генотипов с опасными свойствами для людей и окружающей среды.
Однако 40 лет интенсивных работ в области новейшей биотехнологии – генетической инженерии – показывают их безопасность. Это объясняется исходя из следующих основных положений:
1. В биоинженерных работах используются природные гены, которые за все время эволюции подвергались отбору, элиминации, рекомбинации и т.д. В результате этого выработались механизмы, которые обеспечивают устойчивый характер репарации биосинтеза белков и их качества.
2. В биоинженерных лабораториях постоянно проводится мониторинг за качеством получаемых трансгенных организмов. Это позволяет заблаговременно, на этапе создания генетически-модифицированных объектов (ГМО) в лаборатории, выявить опасные генотипы и не допускать их в производство.
3. Для создания ГМО используются проверенные гены и их регуляторные генетические структуры, что позволяет получать трансгенные организмы с заданными свойствами.
