Типовая технологическая схема микробиологического

Производства

Технологический процесс можно разбить на 3 стадии: 1) получение посевного материала; 2) получение производственной культуры микроорганизма методами поверхностного или глубинного культивирования и 3) получение из готовой производственной культуры продуцента технических или очищенных препаратов.

Начальным этапом биотехнологической разработки является получение чистых культур клеток и тканей.

При промышленном культивировании клеток в биореакторах идет процесс постепенного вытеснения менее приспособленных форм более приспособленными, часто менее продуктивными по отношению к вырабатываемым веществам. Он получил название автоселекции. В связи с этим встает проблема длительного хранения клеток без утраты ценных свойств. Это возможно, если резко затормозить все протекающие в них жизненные процессы. Существуют различные способы хранения микроорганизмов (лиофильное высушивание, криоконсервация и др.)

Значительные трудности представляет поддержание сред, оборудования и воздуха в стерильном состоянии. Это необходимо для исключения попадания в биореакторы посторонних микроорганизмов.

Выделение целевого продукта - завершающая стадия биотехнологического процесса. Продукт может накапливаться в клетке или выделяться в культуральную жидкость. Наиболее сложно выделение продукта, накапливающегося в клетках. Для этого клетку необходимо отделить от культуральной жидкости, разрушить, затем целевой продукт очистить от массы компонентов разрушенных клеток.

Клеточная, суспензионная и тканевая биотехнологии и

 биоинженерия

Клеточная биотехнология базируется на способности клеток к существованию и размножению in vitro, их тотипотентности и регенерации. Необходимо соблюдать определенные условия культивирования изолированных клеток, клеточных суспензий, тканей и протоплатов на искусственных питательных средах in vitro. Растительные экспланты (фрагмент ткани или органа растения), питательные среды и оборудование стерилизуют. Составляют питательные среды согласно технологии.

Каллусная ткань имеет свои особенности. Дедифференцировка является обязательным условием перехода специализированной клетки к делению и образованию каллусной ткани. Фитогормоны индуцируют дедифференцировку и переход клетки к делению. Каллусные клетки, культивируемые in vitro, генетически неоднородны. Структура ядерного и цитоплазматического генома изменяется.

Для получения веществ вторичного синтеза используются суспензионные культуры. Клеточные популяции растений имеют ростовые и биосинтетические характеристики. Эти процессы зависят от способов культивирования клеток в условиях in vitro.

Колонии из одиночных клеток получают с помощью: метода плейтинга, кондиционированием среды, кормящего слоя, культуры-«няньки», микрокапли. Культура каллусных клеток используется в клеточной селекции и генетической инженерии.

 

ФЕРМЕНТНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ

Ферментами называют органические или биологические катализаторы, которые в отличие от химических имеют преимущества, т.к. действуют при нормальном давлении, температуре 20…70 °С, рН 4-9 и обладают высокой субстратной специфичностью. Источником получения могут быть растительное сырье, органы, ткани животных.

Для того чтобы в искусственных условиях не происходила инактивация ферментов, их прикрепляют к нерастворимой основе и называют иммобилизованными.

По современной классификации все ферменты делят на шесть основных классов по типу катализируемой реакции.

Тысячи различных ферментативных реакций протекают в клетке согласованно и одновременно, ферменты способны «узнавать» свой субстрат.

 

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И СОЗДАНИЕ ГЕННОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИЩИ

Стремительное развитие химических и энзимологических методов привело к созданию рекомбинантных ДНК и положило начало новой науке – генетической инженерии, составной части современной биотехнологии.

В основе метода, позволившего непосредственно приступить к манипуляциям с генами, лежит открытие ферментов, названных рестрикционными эндонуклеазами (рестриктазами). Рестриктазы по-разному расщепляют ДНК. Одни вносят разрывы по оси симметрии узнаваемой последовательности, а другие – со сдвигом с образованием «ступеньки». В первом случае образуются так называемые «тупые» концы, а во втором – «липкие». Такие фрагменты удобны для создания рекомбинантных ДНК.

Для получения генетически трансформированных (модифицированных) организмов (ГМО) важна идентификация и создание эффективных генов для трансгеноза.

В качестве переносчиков генов в геном растений используют агробактерии. Созданы векторы на основе Ti- и Ri-плазмид. Вирусы растений рассматривают как потенциальные векторы. Создаются векторы на основе митохондриальной и хлоропластной ДНК. Имеются векторы на основе мобильных генетических элементов – транспозонов. Линии «ловушки энхансеров» - способ идентификации новых генов.

Трансформацию растительных клеток проводят методом кокультивации с агробактерией или методом прямого переноса генов в растение. Первый метод является одним из самых распространенных для получения трансгенных двудольных растений. Он основан на трансформации растительных эксплантов агробактериями, несущими векторную конструкцию, содержащую чужеродный ген, встроенный в область Т-ДНК.

Экспрессия (функционирование) донорских трансгенов в геноме реципиентов регулируется. Используют специфическую последовательность ДНК для автоматизации экспрессии трансгенов.

Методы генетической инженерии применяются для создания принципиально новых форм, линий и сортов сельскохозяйственных растений. Создаются штаммы для получения биопестицидов, а также штаммы с повышенной эффективностью азотфиксации и генотипов растений, обладающих способностью к симбиозу.