ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ
Курс лекций
по дисциплине «Основы биотехнологии»
для бакалавров ОмГТУ
по направлению «Биотехнология»
Преподаватель ОмГТУ –
профессор кафедры «Химическая технология и биотехнология» ОмГТУ, д.т.н., профессор,
член-корреспондент РАЕ
Артюхова Светлана Ивановна
asi08@yandex.ru
СОДЕРЖАНИЕ
1.Предмет и задачи биотехнологии…………………………………………………….5
2. Выбор биотехнологических объектов………………………………………………16
3. Технология ферментационных процессов………………………………………….27
4. Культивирование биотехнологических объектов………………………………….47
5. Производство одноклеточного белка……………………………………………….54
6. Отделение, очистка и модификация биопродуктов………………………………..66
7. Ферментная технология……………………………………………………………...77
8. Клеточная инженерия………………………………………………………………..94
Предмет и задачи биотехнологии
В настоящий момент вряд ли у кого-нибудь может возникнуть
сомнение в том, что современная биология представляет собой наиболее
|
|
разнообразную область естественных наук. Действительно, она включает
казалось бы совершенно не связанные между собой разделы научных
знаний: микробиологию, анатомию растений и животных, биохимию,
иммунологию, клеточную биологию, физиологию растений и животных,
различные систематики, экологию, генетику, биофизику, математику и
много других областей естествознания.
Постоянно увеличивающееся разнообразие современной биологии
началось после окончания второй мировой войны, когда в биологию
внедрились другие естественнонаучные дисциплины, такие как физика,
химия и математика, которые сделали возможным описание жизненных
процессов на новом качественном уровне – на уровне клетки и
молекулярных взаимодействий.
Именно существенные успехи в фундаментальных исследованиях в
области биохимии, молекулярной генетики и молекулярной биологии,
достигнутые во второй половине текущего столетия, создали реальные
предпосылки управления различными (пусть, возможно и не самыми
главными) механизмами жизнедеятельности клетки. Сложившаяся
благоприятная ситуация в биологии явилась мощным толчком в развитии
современной биотехнологии, весьма важной области практического
приложения результатов фундаментальных наук. Можно с уверенностью
утверждать, что биотехнология является наиболее разительным примером
того, как результаты, казалось бы "чистой науки", находят применение в
практической деятельности человека. Основой, обеспечивающей
благоприятную ситуацию для бурного развития биотехнологии, явились
|
|
революционизирующие открытия и разработки:
• доказательства роли нуклеиновых кислот в хранении и передаче
наследственной информации в биологических системах (имеются в
виду индивидуальные клетки и отдельные организмы, а не их
популяции);
• расшифровка универсального для всех живых организмов
генетического кода;
• раскрытие механизмов регуляции функционирования
процессе жизни одного поколения организмов;
генов в
• совершенствование существовавших и разработка новых технологий
культивирования микроорганизмов, клеток растений и животных;
• как логическое следствие из вышесказанного, явилось создание
(возникновение) и бурное развитие методов генетической и
клеточной инженерии, с помощью которых искусственно создаются
новые высокопродуктивные формы организмов, пригодные для
использования в промышленных масштабах.
Абсолютно новым направлением является так называемая
инженерная энзимология, возникшая вследствие развития современных
методов изучения структуры и синтеза белков-ферментов и выяснения
механизмов функционирования и регуляции активности этих соединений
(важных элементов клетки). Достижения в этой области позволяют
направленно модифицировать белки различной сложности и
специфичности функционирования, разрабатывать создание мощных
катализаторов промышленно ценных реакций с помощью высоко
стабилизированных иммобилизованных ферментов.
Все эти достижения вывели биотехнологию на новый уровень ее
развития, позволяющий сознательно и целенаправленно управлять
сложными клеточными процессами. Данная новая область биологических
знаний и ее последние достижения уже стали крайне важными для
здоровья и благополучия человека.
И все же, что ожидает биотехнологию, в случае реализации всех
надежд, которые на нее возлагаются? И наконец, что же такое
биотехнология и каковы ее направления деятельности?
Термин «биотехнология» был введен в 1917 г. венгерским инженером
Карлом Эреки при описании процесса крупномасштабного выращивания
свиней с использованием в качестве корма сахарной свеклы. По
определению Эреки, биотехнология – это «все виды работ, при