1 2 3 Биотехнология с основами иммунологии

1 2 3

Биотехнология с основами иммунологии Лектор – Крисевич Татьяна Олеговна, старший преподаватель кафедры общей биологии и ботаники.

Лекция 1. Введение в биотехнологию и иммунологию

Название науки «Биотехнология» происходит от греческих слов «bios» - жизнь, «teken» - искусство, «logos» - слово, учение, наука. 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 которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты» .

Определение биотехнологии в довольно полном объеме дано Европейской биотехнологической федерацией, основанной в 1978 г. Согласно нему биотехнология – это наука, которая на основе применения знаний в области микробиологии, биохимии, генетики, генной инженерии, иммунологии, химической технологии, приборо- и машиностроения используют биологические объекты (микроорганизмы, клетки тканей животных и растений) или молекулы (нуклеиновые кислоты, белки, ферменты, углеводы и др. ) для промышленного производства полезных для человека и животных веществ и продуктов.

Биотехнологические методы используются в различных отраслях промышленности и затрагивают многие сферы человеческой деятельности. Согласно этому в мире принята «цветовая» классификация биотехнологии в зависимости от областей ее применения: • «Красная» - обеспечение поддержки здоровья и прогрессивного развития методов лечения человека (вплоть до коррекции его генома), а также производство биофармапрепаратов (протеинов, ферментов, антител).

• «Зеленая» - разработка и создание генетически модифицированных (ГМ) растений, устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам; оптимизация методов ведения сельского и лесного хозяйства: • «Белая» - промышленная, объединяющая производство в пищевой, химической (в том числе биотопливо) и нефтеперерабатывающей индустрии; • «Серая» - природоохранная деятельность, биоремедиация; • «Синяя» - использование морских организмов и сырьевых ресурсов.

Понятие «биотехнология» может быть представлено многими определениями: • использование биологических объектов, систем или процессов для производства необходимых продуктов или для нужд сервисной индустрии; • комплексное применение биохимических, микробиологических и инженерных знаний с целью промышленного использования потенциальных возможностей микроорганизмов, культур клеток и отдельных компонентов или систем; • технологическое использование биологических явлений для воспроизводства и получения (изготовления) различных типов полезных продуктов; • приложение научных и инженерных принципов для обработки материалов биологическими агентами с целью получения необходимых продуктов или создания сервисных технологий.

Объектами биотехнологии являются вирусы, бактерии, грибы, протозойные организмы, клетки (ткани) растений, животных и человека, вещества биологического происхождения (например, ферменты, простагландины, лектины, нуклеиновые кислоты), молекулы. Методы, применяемые в биотехнологии, определяются двумя уровнями: клеточным и молекулярным. Тот и другой определяются биообъектами.

На клеточном уровне имеют дело с • бактериальными клетками (для получения вакцинныхт препаратов); • актиномицетов (при получении антибиотиков), • микромицетов ( при получении лимонной кислоты), • животных клеток (при изготовлении противовирусных вакцин), • клеток человека (при изготовлении интерферона) и др.

На молекулярном уровне имеют дело с молекулами, например, с нуклеиновыми кислотами. Однако в конечной стадии молекулярный уровень трансформируется в клеточный.

Продукты одноклеточных делят на 4 категории: • Сами клетки как источник целевого продукта (например, выращенные бактерии или вирусы используют для получения живой или убитой корпускулярной вакцины; дрожжи, как кормовой белок или основу для получения гидролизатов питательных сред и т. д. ) • Крупные молекулы, которые синтезируются клетками в процессе выращивания: ферменты, токсины, антигены, антитела, пептидогликаны и т. д.

• Первичные метаболиты – низкомолекулярные вещества (менее 1500 дальтон), необходимы для роста клеток, такие как аминокислоты, витамины, нуклеотиды, органические кислоты. • Вторичные метаболиты (идиолиты) – низкомолекулярные соединения, не требующиеся для роста клеток: антибиотики, алкалоиды, токсины, гормоны.

Биотехнология – междисциплинарная область научнотехнического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических знаний и призванная к созданию новых биотехнологических процессов, которые в большинстве случаев будут осуществляться при низких температурах, требовать небольшого количества энергии и будут базироваться преимущественно на дешевых субстратах, используемых в качестве первичного сырья.

В биотехнологии применяются методы, заимствованные из химии, микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, химической технологии и компьютерной техники с целью создания новых разработок. Главная причина успеха развития биотехнологии – стремительное развитие молекулярной биологии. Например, успехи в разработке технологии рекомбинантных молекул ДНК.

Биотехнология формировалась и эволюционировала по мере формирования и развития человеческого общества. Условно в развитии биотехнологии можно выделить 4 этапа.

1. Эмпирический этап (emperikos – опытный от гр. ) или доисторический. Это самый длительный период, который охватывает приблизительно 8000 лет (6000 лет до н. э. и около 2000 лет н. э. )

2. Этиологический этап (от греч. aitia – причина) – вторая половина XIX века и первая треть XX века (1856 – 1933 гг). Связан с выдающимися исследованиями великого французского ученого Л. Пастера (1822 – 1895) – основоположника научной микробиологии. Пастер установил микробную природу брожения, доказал возможность жизни в бескислородных условиях, создал научные основы вакцинопрофилактики и др. В 1859 г. – Л. Пастер приготовил жидкую питательную среду, Р. Кох в 1881 году предложил метод культивирования бактерий на стерильных ломтиках картофеля и на агаризованных питательных средах. Как следствие, удалось доказать индивидуальность микробов и получить их в чистых культурах.

Достижения 2 -го периода: • 1856 г. - Г. Мендель открыл законы доминирования признаков и ввел понятие единицы наследственности в виде дискретного фактора, который передается от родителей потомкам. • 1869 г. – Ф. Милер выделил «нуклеин» ДНК из лейкоцитов. • 1883 г. – И. Мечников разработал теорию клеточного иммунитета. • 1884 г. – Ф. Леффлер изолировал и культивировал возбудителя дифтерии. • 1892 г. Д. Ивановский открыл вирусы. • 1893 г. В. Оствальд установил каталитическую функцию ферментов.

• 1902 г. Г. Хаберланд показал возможность культивирования клеток растений в питательных растворах. • 1912 г. Ц. Нейберг раскрыл механизм процессов брожения. • 1913 г. Л. Михаэлис и М. Ментен разработали кинетику ферментативных реакций. • 1926 г. Х. Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности. • 1928 г. Ф. Гриффит описал явление «трансформации» у бактерий. • 1932 г. М. Кноль, Э. Руска изобрели электронный микроскоп.

3. Биотехнический этап – 1933 г. – 1972 г. Наиболее важные достижения этого этапа: • Внедрение в практику биореактора (ферментера, аппаратакультиватора); • Разработка теории электрофореза; • Обнаружение вирусов с помощью электронного микроскопа; • Производство пенициллина в промышленных масштабах; • Процесс конъюгации у E. Coli; • Разработка вакцины против желтой лихорадки; • Описание плазмиды как внехромосомного фактора наследственности; • Расшифровка структуры ДНК; • Прочитаны первые три буквы генетического кода аминокислоты фенилаланина; и т. д.

4. Геннотехнический период начался в 1972 году, когда П. Берг создал первую рекомбинацию молекулы ДНК. - метод получения моноклональных антител; - метод анализа первичной структуры ДНК путем химической деградации; - разрешен к применению в США первый диагностический набор моноклональных тел; - 1982 год – в продажу поступил впервые человеческий инсулин; - 1986 г. – метод полимеразной цепной реакции; и т. д.