Биотехн. Пр-сы в пищ. Пром-сти, использ. Водорослей, бактерий, дрожжей и др.М/скоп. Гриб.

Биотехн.–это управляемое получение целевых продуктов с использ. Биол. агентов: МО, вирусов, клеток животных и раст., а также с помощью внеклеточных ве-ств и компонентов кл./

наука, кот. Использ. Жив. орг-мы и биолог. процессы в практических интересах человека.

В пищ. отраслях промыш-сти биотех-гия играет ведущ. роль: Создание новых методов переработки и хранения пищ. продуктов. Применение пищ. добавок (продуцируемых МО АК, орг. кислот, полимеров и др.). Использование белка, синтез. одноклеточными МО.,Применение ферментов при переработке пищ. сырья. Использов. МО в бродильных производствах. Прим. МО в качестве заквасок. Биолог. методы генет. Инженерию,клеточ. и белк. Инжен, культивирование кл. растений, жив. и бакт., методы слияния клеток

Для удовлетвор. потребностей в пищ. продуктах непрерывно растущего населения планеты, численность кот. к началу 21 в. Составила 6 млрд чел., необх. увелич. Эф-сть растениеводства и животноводства. На решение этой проблемы направлены усилия биотехнологов. Совр. ресурсы раст. и жив. белка не могут удовл. возрастающие потребности в нем.Одно из перспективн.направл.пищ. биотех-и – обогащение пищ. продуктов белком и создание новых видов пищи, в кот. важная роль отводится белк. добавкам, получен. на основе белка одноклеточ.прежде всего дрожжей, бактерий, грибов и водорослей.

МО К мо, широко использ. для получения микробной массы и продуктов метаболизма, относятся бактерии (роды Micrococcus, Bacillus, Nocardia, Brevibacterium,Acetobacter идр), Существует 3 направ. Использ. Бакт. в биотех.: источники генов, продуценты полезных веществ и объекты исследования.Органические кислоты и спирты: уксуснокислые бактерии Gluconobacter и Acetobacter - уксусная кислота, молочнокислые бактерии Leuconostoc, Streptococcus и Lactobacillus - молочная кислота, этанол. Микробные инсектициды: Bacillus thuringiensis.Белок: бактерии Methylomonas и азотфиксирующие цианобактерии - носток, анабена, спирулина, триходесмиум. Витамины: Clostridium - рибофлавин.Растворители: Clostridium acetobutylicum - ацетон, этанол, АК: Corynebacterium glutamicum - лизин.+Биогаз и фотоводород.+Выщелачивание руд+Биодеградация отходов

М/сп грибы. (роды Aspergillus, Rhizopus, Trichoderma, Cladosporium, Penicillium)-продуцентами многих БАВ: ферментов, АК, витаминов, орг. кислот, антибиотиков, средств защиты растений, бактериальных удобрений и др.

Дрожжи. – одноклет. грибы. -. Произв. спиртных напитков и хлеба (Saccharomyces cerevisiae), пищ. белок (Saccharomycopsis lipolytica), каротиноид астаксантин (Phaffia rhodozyma);плесневые грибы-сыр, сбраживают сою, рис, солод, пшеницу, производя соевый соус (Aspergillus oryzae), саке, ферментированные бобы. Получают из них и органические кислоты, и промышленные ферменты (амилаза, пектиназа

Микроскопические водоросли. Они достаточно полноценны по белку. Синезеленые водоросли, или цианобактерии, называются делящимися водорослями, и с бактериями их объединяют признаки, типичные для протокариот. Все водоросли дефицитны по серосодержащим аминокислотам и триптофану. По такому показателю, как отношение суммы незаменимых аминокислот к общему азоту в продукте, водоросли и цианобактерии близки по значению, но уступают по нему стандартным продуктам (коровье молоко, гусиные яйца). В мировой практике микроводоросли используют как добавку в шоколад и бисквиты (до 10 %), джемы (до 30 %). В пищу употребляюттакже водоросли, выращенные на отходах переработки картофеля и томатов, виноделия, сахарного и спиртового производств. (роды Aspergillus, Rhizopus, Trichoderma, Cladosporium, Penicillium и др.) и дрожжи (роды Saccharomyces, Candida, Torulopsis, Rhodotorula, Hansenula, Pichia)

Методы генетического анализа. Выбор методов генетического анализа у объектов разных уровней организации и в зависимости от задач и уровней исследования.

В основе генетического анализа лежит следующая логика: разложение признаков на фены, установление гена; от гена - к генному продукту и выяснению молекулярных механизмов его действия, к расшифровке генетического контроля метаболических путей, обусловливающих развитие изучаемого признака.

Принцип анализа - получение наследственно различающихся по изучаемым признакам форм и изучение этих различий на разных уровнях: организменном, клеточном, молекулярном, популяционном.

Основная задача 1 этапа анализа - изучение наследования отдельных признаков для установления гена.

Задача 2 этапа предполагает локализацию установленных генов в группе сцепления и картирование хромосом.

Задача 3 этапа Расшифровка биохимических нарушений метаболизма в результате действия установленных генов, выяснение механизмов их действия и функций и анализ структуры генов

Основной специфический метод генетического анализа - гибридологический метод - создан и разработан И. Г. Менделем в 1865 г. Его основные особенности заключаются в следующем. Для скрещивания подбираются (или создаются) гомозиготные исходные формы, различающиеся по одному или нескольким альтернативно, контрастно проявляющимся признакам. Проводится индивидуальный анализ потомства от каждого скрещивания в ряду поколений. В каждом поколении ведется строгий количественный учет всех потомков по всем изучаемым признакам, причем отдельно по каждому признаку, независимо от других. Это - один из важнейших принципов анализа расщеплений. Обычно анализируют два или три (иногда больше) поколения реципрокных скрещиваний. Реципрокные скрещивания - система из двух скрещиваний (прямое и обратное). В прямом скрещивании признак в одном из своих проявлений вносится со стороны матери, в обратном - со стороны отца.

Анализирующее скрещивание - скрещивание с гомозиготной рецессивной формой, которая служит анализатором, так как образует только один тип гамет с рецессивными аллелями, на фоне которых выявляются аллели анализируемой особи. Его используют для анализа наследования при сцеплении, для картирования хромосом и оценки частоты гамет, образуемых гетерозиготным родителем.

Возвратные скрещивания - скрещивания потомков с одним из родителей. В ряде случаев оно может оказаться анализирующим. Для решения ряда задач ставятся системы скрещиваний с участием нескольких форм.

Насыщающие или поглотительные скрещивания - последовательные скрещивания женских потомков нескольких поколений возвратных скрещиваний, имеющих 8 цитоплазму, пришедшую от матери в исходном скрещивании, с исходной отцовской формой.Эти скрещивания применяются, в частности, при изучении материнского эффекта цитоплазмы и других типов неядерного наследования.

Циклические скрещивания - система скрещиваний многих форм, различающихся или сходных по одному признаку, друг с другом во всех сочетаниях. Применяются для выявления генетического контроля признаков.

В диаллельных скрещиваниях также используется много форм, но анализ не всегда проводится по полной схеме циклического скрещивания. Часто он включает лишь часть этих скрещиваний. Например, исследует только результаты прямых скрещиваний либо только обратные скрещивания и т. д. При этом родительские линии могут быть специально отобраны для проведения их оценки, либо они случайно выбираются из некоторой популяции, параметры которой нужно оценить на основании этих скрещиваний. По результатам этих скрещиваний выявляют комбинационную ценность инбредных линий, которая проявляется в варьировании величины гетерозиса по отдельным гибридным комбинациям. Комбинационная ценность одной и той же линии может быть выражена средней величиной гетерозиса, наблюдаемого у всех гибридных комбинаций с этой линией - общая комбинационная способность, либо степенью гетерозиса в конкретной комбинации - специфическая комбинационная способность. Поэтому в диаллельных скрещиваниях часто анализируются результаты только первого гибридного поколения.

В тех случаях, когда невозможно проводить скрещивания, применяют другие методы анализа. При изучении наследования признаков у человека или при работе с мало плодовитыми животными используют генеалогический метод или метод анализа родословных. При анализе родословных проводят описание фенотипов в семьях у нескольких поколений, учитывая проявление изучаемого признака у членов семьи разного пола, число потомков с этим признаком и лишенных его проявления, а также родственные отношения между всеми членами родословной. На основе этого анализа устанавливают, наследуется ли признак, одним или многими генами контролируется различие, сцеплен ли признак с полом, доминантность и рецессивность его проявления (в том случае, если наследование моногенное).

В основе близнецового метода лежит сопоставление сходства (конкордантности) и различий (дискордантности) по изучаемому признаку между близнецами в группах моно- и дизиготных близнецов и в популяции. Повышенная конкордантность монозиготных (однояйцевых) близнецов по сравнению с дизиготными (двуяйцевыми) служит указанием на наследственный характер признака. Таким образом, метод позволяет выявить, наследуется ли признак, и оценить относительную роль факторов среды в его проявлении.

При обнаружении отклонений в расщеплениях, причина которых может быть связана с нарушением процесса образования гамет или других условий менделевских расщеплений, используют цитогенетический метод. Для выяснения причин отклонений 9 изучают протекание мейоза и митоза, особенности конъюгации и расхождения хромосом, хиазмо образование, разные стадии споро- и гаметогенеза; оплодотворение и т. д.

Цитогенетические методы используют и для решения других задач генанализа. С помощью светового и электронного микроскопирования, цитофотометрии, гибридизации insitu изучают структурную организацию хромосом и их функционирование, роль в процессах дифференцировки; строят цитологические карты хромосом. Цитогенетические методы применяются для анализа структурных изменений хромосом, их классификации, изучения поведения в мейозе; для идентификации хромосом и кариотипирования; наконец, цитогенетические методы применяют как экспресс-методы оценки действия различных факторов среды (цитогенетический мониторинг).

Молекулярно-генетические и биохимические методы применяют для изучения механизмов генетических процессов - репликации, рекомбинации, репарации, транскрипции и мутагенеза; выявления генетического полиморфизма белков; для изучения механизмов действия отдельных генов и межгенных взаимодействий, в частности генетической супрессии; выделения и клонирования генов; физического картирования хромосом и т. п. Среди этих методов можно назвать электрофорез белков и ферментов, хроматографические методы фракционирования нуклеиновых кислот, высокоскоростное центрифугирование и др. Благодаря совершенствованию методов создания рекомбинантных ДНК на основе химических и энзимологических методов и использованию рестриктаз (рестрикционныхэндонуклеаз), расщепляющих специфические последовательности в ДНК, проводится определение точной нуклеотидной последовательности в ДНК (секвенирование), создаются библиотеки генов и т. п.

Метод гибридизации соматических клеток, позволяющий получать внутри- и межвидовые гибриды соматических клеток, используют для определения группы сцепления и картирования хромосом, для исследования процессов активации генома покоящейся клетки, анализа природы злокачественной трансформации клеток под действием опухолеродных вирусов, для изучения регуляции генов в клетках эукариот и т. д. Для определения локализации гена в хромосоме применяют также метод гибридизации нуклеиновых кислот insitu.

№2

1. Многообразие живых организмов. Прокариоты и эукариоты. Биологическая номенклатура: принципы, основные таксоны.

2. Задачи и методы сохранения природы. Концепция особо охраняемой природной территории. Красная книга. Охран недр, водных, растительных, животных и почвенных ресурсов.

3. Определение группы сцепления и локализация генов в группе сцепления. Локализация летальных генов.

1. Многообразие живых организмов. Прокариоты и эукариоты. Биологическая номенклатура: принципы, основные таксоны.

Жив орг появились 3.5 млрд. л назад. ИЗВЕСТНО около 2 млн. видов животных, около 500 тыс. видов растений, сотни тысяч грибов, тысячи видов бактерий. В действительности, как считают специалисты, на Земле сегодня обитает больше видов, чем известно науке. Ежегодно в научных публикациях описываются сотни и тысячи новых видов. Все организмы имеют нечто общее, что отличает их от неживой природы - обмен веществ и энергии, способность к размножению и развитию, изменчивость и адаптивная эволюция.

Все жив орг подраз-ся на 2 большие группы (надцарства): прокариоты и эукариоты (Шаттон (1925)).

Прокариоты – доядерные организмы, нет оформленного клеточного ядра и хромосомного аппарата (им нуклеоид) (бактерии, с/з водорос.). Генетический материал  находится в цитоплазме в виде кольцевой молекулы ДНК. Эта молекула (нуклеоид) не окружена ядерной оболочкой, и прикрепляется к плазматической мембране. Кроме нуклеоида в прокариотической клетке часто встречается небольшая кольцевая молекула ДНК, называемая плазмидой (автономно реплиц-ся внехромосомная кольцевая мол-ла ДНК).

Некоторые прокариоты имеют выросты плазматической мембраны: мезосомы, ламеллярные тилакоиды, хроматофоры. В них сосредоточены ферменты, участвующие в фотосинтезе и в процессах дыхания. Кроме того, мезосомы ассоциированы с синтезом ДНК и секрецией белка.

Клетки прокариот имеют небольшие размеры, их диаметр составляет 0,3–5 мкм. С наружной стороны плазматической мембраны всех прокариот (за исключением микоплазм) находится клеточная стенка. Она состоит из комплексов белков и олигосахаридов, уложенных слоями, защищает клетку и поддерживает ее форму. В цитоплазме есть только немембранные органоиды рибосомы.

Многие прокариоты подвижны и могут плавать или скользить с помощью жгутиков. Размножаются прокариоты обычно путем деления надвое (бинарным). Делению предшествует очень короткая стадия удвоения, или репликации, хромосом. Прокариоты – гаплоидные организмы.

Э укариоты – организмы, кл кот-х сод-т оформ-ое, ограниченное оболочкой ядро. Имеют мембранные органоиды: ЭПС, митохондрии, лизосомы, пластиды, ап. Гольджи.  Немембран.орг-ды - рибосомы и органоиды, построенные на основе тубулиновых микротрубочек – клеточный центр и органоиды движения (жгутики и реснички). Есть и митоз и мейоз (возможен только при налич веретена деления), в цитопл микротрубочки, отв за формир межкл контактов.

Архебакт: типичн прокариоты с кольцевой ДНК, клеточн стенка не содержит муреина, односл наружн мембр, рибосомы и РНК-полимераза, наличие интронов, в геноме уникальные последовательности, кот присущи только им. Деление на двое, хемоавтотрофы(различ.источ-ки энергии-от сахаров до ионов Ме, аммиака и тд),не формир. спор

Эубактер (типичн прокариоты)-есть клеточ.стенка, органеллы явл продолжен мембраны, кл стенка с муреином, нет оформлен ядра, не образ колонии, нет настоящ полового размнож, движение с пом жгутика, рибосомы

Эукариоты: опис. выше.

1. Хар-ка нонцеллюлата (вирусы): Неклеточн строение, нет органелл, нет собств обмена, паразиты.

Основные таксономические категории, использующиеся при классификации живых организмов и, в частности, фотосинтезирующих организмов, следующие: царство (kingdom) – отдел (division) – класс (class) – поря- док (jrder)- семейство (family) – род (genus) – вид (species). Эти таксономиче-ские категории отражены в Международном кодексе ботанической номенк- латуры и были утверждены на Международном ботаническом конгрессе в 1952 году. Этот Кодекс был подтвержден в 1983 году. В нем четко прописаны все правила присвоения названий таксонов. Для названия вида используется бинарная номенклатура, введенная К. Линнеем в 1753 году (латинское название, состоящее из двух слов). После каждого таксона стоят латинские буквы (в сокращенном виде), указывающие имена первооткрывателей – альгологов.

Систематика – раздел биологии, заним-ся описанием, обозначением и классификацией сущ-х и вымерших организмов по таксонам.

Классификация – распределение всего множества живых организмов по опред системе иерархически соподчиненных групп – таксонов.

Таксономия – раздел систематики, разрабатывающий теорет основы классификации.

Таксон – искусственно выделенная человеком группа организмов, связанных той или иной степенью родства, и в то же время достаточно обособленная, чтобы ей можно было присвоить опред таксоном-ю категорию того или иного ранга.

Попытки классифицировать организмы предпринимались еще в античные времена. Долгое время в науке существовала система, разработанная Аристотелем (IV в. до н. э.). Он подразделял все известные организмы на два царства — растения и животные, используя в качестве отличительных признаков неподвижность и нечувствительность первых по сравнению со вторыми. Кроме того, Аристотель разделял всех животных на две группы: «животные с кровью» и «животные без крови», что в целом соответствует современному делению на позвоночных и беспозвоночных. Далее он выделял ряд более мелких группировок, руководствуясь разными отличительными признаками.

XVII–XVIII вв, К. Линней (1707–1778). За основную единицу классификации Линней принял вид; он ввел в научный обиход такие понятия, как «род», «семейство», «отряд» и «класс»; сохранил разделение организмов на царства растений и животных. Предложил введение бинарной номенклатуры (которая используется в биологии до сих пор), т. е. присвоение каждому виду латинского названия, состоящего из двух слов. Первое — существительное — название рода, объединяющего группу близких видов. Второе слово — обычно прилагательное — название собственно вида.

Позднее, в начале XIX в., Ж. Кювье ввел в систему понятие «тип» как высшую единицу классификации животных (в ботанике — «отдел»).

Биологическая номенклатура - это система научных названий таксонов, один из видов спец. языков.

Цель: выработка общего языка, подчинённого опред правилам в кодексе биол. номенклатуры.

История: 2я полов 17 века – начало развития зоол ном. Описывались одни и те же таксоны в разных странах разными людьми. Увеличение разногласий. Как следствие - создание междунар комиссии по номенклат. Был выработан кодекс с рядом требований, кот регулировали присвоение научных названий.

1.Научные названия таксонов должны быть латинскими

2. Унитарные названия применяются для таксонов выше видового ранга (род, сем, отр, кл, тип, царство)А бинарные - видовые. Тринарные - подвидовые.

Принципы:

1.Универсальность (кажд такс долж иметь одно назв и оно должно принадл только одному таксону)

2.Стабильность (если название вошло в научн обиход, оно не меняется)

3.Приоритета (науч. название введённое в научный обиход запрещено исп-ть в другом значении, кроме первоначального).

4. Непрерывности (ограничивает 3 первых принципа, если научное назв было забыто, то оно не восстанавливается. Название не использовалось 50 лет и больше)

5. Опубликованности (первое описание таксона должно быть опубликовано в спец научн издании на одном из 6 офиц-х языков - русск, англ, латинс, фран, исп,немец)

6.Типификации (описание таксона должно происх по некотор кол-ву экземпляров - эти экземпляры назыв типами, но они быв разными:

а) голотип - один единств экземпляр, по которому описывается данный вид, это эталон

б) паратип - тип, который находится рядом, но он уже не явл-ся эталоном, по нему описываем полов, возр и индив различия, если голотип теряется, то паратип становится его заменой, и эта замена называется лектотип

в) неотип - новый тип

г) топотип - экземпляр, кот происх из типовой популяции. Типы хранятся в типовой коллекции и предпочтительно их хранить в музеях. Если нет типа, то и нет научн названия - получаем номениудум- лишение типа или описания)

7.цитиривания авторов научных названий (научные названия при первом упоминании пишутся полностью с указанием автора, а при повторе не обязат, употребление скобок только в том случ, если родовое назв вида поменялось )

Species (sp) определ до рода, genus (gen)- опред до сем-ва(…)

. Задачи и методы сохранение природы. Концепция особо охраняемой природной территории. Красная книга. Охрана недр, водных, растительных, животных и почвенных ресурсов.

Согласно ГОСТ 17.00.01—76 охрана природы — это система мер, направленных на поддержание рацио­нального взаимодействия м/у деят-тью чел-ого общества и окр. прир. средой, обеспеч-щая сохранение и восст-ние природ. ресурсов, предупреждаю­щая прямое и косвенное влияние рез-ов деят-ти об­щества на природу и здоровье человека.

П РП- часть природ.ресурсов, к-ая реально м.б вовлечена в хоз.деят-ть при данных технических и социально-экономических усло­виях общества, при усл. сохранения среды жизни человечества.

● Природопользование- совок-ть всех форм эксплуатации ПРП и меры по его сохранению.

Чтобы вести разумное природоп-ие необходимо иметь представление о том, чем мы располагаем.

● Кадастр:

- с биологич.т.з: перечень биологич.объектов какой-то тер-рии с полной информацией о состоянии, биологии, экологии этих видов их роль для чел-ка и т.д.

- с т.з. природопользователей: свод экономичеких, экологич-х, организационных и технических показателей, характеризующих качеств-ое и колич-ое состояние природ.ресурсов .

●составляются на всех уровнях администрирования ( гос-ый, краевой, городской и т.д.) !!!

На государственном уровне природоресурсное законод-во: нормативные акты, регулирующие охрану и использование отдельных видов ПР(земли, недр, воды, лесов, атмосф.воздуха, животного мира, особо охраняемых тер-рий): Земельный кодекс РФ (2002), Лесной кодекс РФ (1997), Водный кодекс РФ (1995), За-кон РФ «О недрах» (1995), Федеральный закон «О животном мире» (1995)-реестр охотничьих животных, рыболовных запасов, загрязнений + красная книга

Система мониторинга – сист.наблюдений, оценки и прогноза состояния прир.среды В основе: наблюдение. На основе наблюдений работают 2 сист:

1. оценка состояния прир.среды

2. Прогноз( ценен если только сущ-ет оценка прогноза оценивание сост-ого прогноза

Оценка и прогноз определяют механизм регулирования качества прир.среды

1)Наблюдение за факторами, воздействующими на природ.среду

2)Оценка фактического состояния среды

3) Прогноз состояния прир.среды в кратко- и долгосрочной перспективе