Биотехнология – наука о практическом применении достижений биологии В историческом смысле биотехнология связана с первым применением: ▪ Дрожжей ▪ Бактерий Пиво Хлеб Йогурты Сыры Соевый соус Спиртные напитки Мыло из жиров Уксус
Биотехнология – это совокупность промышленных методов --- использующих живые организмы и биологические процессы для производства или модификации различных продуктов; --- направленных на улучшение: --- свойств микроорганизмов, способных оказывать воздействие на окружающую среду, --- признаков экономически ценных растений и животных.
Термин «биотехнология» : Карл Эрики, 1917 КРУПНОМАСШТАБНОЕ ВЫРАЩИВАНИЕ СВИНЕЙ САХАРНАЯ СВЕКЛА СЫРЬЕ ИСХОДНАЯ ОБРАБОТКА «… применение научных и инженерных принципов к переработке материалов живыми организмами с целью создания товаров и услуг» . ФЕРМЕНТАЦИЯ И БИОТРАНСФОРМАЦИЯ КОНЕЧНАЯ ОБРАБОТКА СВИНИНА КОНЕЧНЫЙ ПРОДУКТ
Использование понятия «биотехнология» 60 -е годы ▪ Биотехнология = микробиология, биохимическая инженерия 70 -е годы ▪ Биотехнология = прикладная микробиология, биохимия, генетика, технология ферментов
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ Berg et al. , 1972 Разработка методов получения Cohen et al. , 1973 рекомбинантной ДНК 1978 г. ▪ Выделен ген, кодирующий человеческий инсулин. ▪ Перенос гена в вектор ▪ Трансформация E. coli Компания Genetech, USA Биологическая фабрика по производству человеческого инсулина НАЧАЛО МАСШТАБНОЙ КОММЕРЦАЛИЗАЦИИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ, 1980 ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ = НАНОБИОТЕХНОЛОГИЯ, 2007
Отрасли народного хозяйства, потребности которых обеспечиваются биотехнологией ▪ ▪ ▪ ▪ Сельское хозяйство Производство химических веществ Контроль за состоянием окружающей среды Производство биотоплива Пищевая промышленность Материаловедение Медицина Основные биологические системы, используемые в биотехнологии ▪ Микроорганизмы ▪ Низшие грибы ▪ Водоросли ▪ Соматические клетки млекопитающих ▪ Культура изолированных клеток, тканей и органов растений
Контроль за состоянием окружающей среды и производство биотоплива С 1914 года процесс минерализации органических отходов с использованием сложной смеси микроорганизмов. Настоящее время – технологии: ▪ Переработки стоков и отходов с/х производства смешанной микрофлорой с получением биогаза; ▪ Биологической переработки промышленных отходов в сочетании химической и физической очисткой (целлюлознобумажная промышленность, произвоство красителей, для удаления сточных вод нефтяной промышленности); ▪ Бактерии рода Pseudomonas и их трансформанты для биодеградации ксенобиотиков (неприродных, синтетических химических веществ – гербицидов, пестицидов, растворителей и т. д. )
БИОТОПЛИВО Основные направления производства энергии из биологического сырья Отрасль: сельское хозяйство Лесоводство
БИОТОПЛИВО 1 2 3 4 9 5 6 7 10 1 – пшеница, 2 – ячмень, 3 – рис, 4 – рожь, 5 – тритикале, 6 – кукуруза, 7 – сорго, …. . 9 – топинамбур, 10 – сахарная свекла
Технология производства биоэтанола
▪ Материаловедение Микробиологические технологии для 1) экстракции металлов из минералов; 2) концентрирования и извлечения металлов из растворов; 3) получения новых биоматериалов. 1) (1947 г. ) - Tiobacillus ferroosydans участвует в переводе Cu из рудных минералов в раствор. 2) Способность микроорганизмов накапливать металлы в больших концентрациях внеклеточно и внутриклеточно. Примеры поверхностного накопления: --- урана – --- свинца – дрожжи (Saccharomyces) бактерии (Micrococcus)
Получение новых биоматериалов (=биополимеров) для 1) Материаловедения 2) Пищевой промышленности 3) Медицины ПОЛИСАХАРИДЫ - Агар - Альгинаты - из красных водорослей. - из бурых водорослей. - Декстраны - синтез вне бактериальных клеток Leoconostos, Streptococcus - Микробные альгинаты - выращивая Azotobacter - Ксантан - внутри клеток Xanthomonas campestris Сырье – глюкоза Lac. ZY Сырье - молочная сыворотка
Производство химических веществ Конец 19 века, Л. Пастер установил роль микроорганизмов в процессах брожения. Конец 19 – начало 20 вв. Производство органических растворителей – ацетона, этанола, бутанола, изопропанола. 1914 -1915 гг. в Манчестере впервые в промышленном масштабе получение ацетона и бутанола. Начало 21 века. Развитие технологий для производства биотоплива (биоэтанола, биобутанола, биодизеля и др. ). Органические кислоты С 1893 г. - производство лимонной кислоты, метод ферментации углеводов при участии Aspergillus, молочной кислоты (Lactobacillus). Яблочная, салициловая, итаконовая к-ты. Исходное сырье – продукты, содержащие крахмал, сахарозу, молочную сыворотку.
Применение аминокислот Аланин Аргинин Аспарагиновая кислота Гистидин Глицин Глутаминовая кислота Лизин Метионин Серин Треонин Триптофан Фенилаланин Цистеин Усилитель вкуса и аромата Лечение заболеваний печени Усилитель вкуса и аромата Лечение ран; антиоксидант Подсластитель; успокоительное Лечение ран; Усилитель вкуса и аромата Кормовая добавка; пищевая добавка Кормовая добавка Косметическая промышленность Кормовая добавка Антиоксидант; лечение депрессии Подсластитель Производство хлеба; лечение бронхитов антиоксидант Валин, изолейцин, пролин, тирозин - растворы для инъекций Натриевая соль глутаминовой кислоты - Мясной вкус
Производство аминокислот 1) При гидролизе белков 2) Как продукты метаболизма почвенных бактерий – Corynebacterium и Brevibacterium ssp. , и т. д. - мутагенез - трансформация (триптофан) Увеличение синдрома эозинофилии-миалгии
Производство антибиотиков Конец 20 г. XX в. – открытие пенициллина. 1940 г. Открытие химиотерапевтической активности пенициллина (Флемминг, Флори, Чейн). --Получение серии мутантнов исходного штамма Penicillium chrysogenum. --Получение стрептомицина - продукта синтеза граммположительной почвенной бактерии Streptomyces, цефалоспорина, продуцируемого плесневым грибом Cephalosporium. --Полусинтетические антибиотики с широким спектром действия. Ежегодно во всем мире производится около 100 000 т антибиотиков на сумму примерно 5 млрд. долларов.
ПРОИЗВОДСТВО ФЕРМЕНТОВ 1890 г. Производство α-амилазы с использованием Aspergillus oryzae. C 1962 г. Широкомасштабное производство протеаз с использованием видов Bacillus.
ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ ▪ α-Амилаза ▪ Глюкоамилаза ▪ ▪ ▪ Бромелаин Фицин Папаин Каталаза Глюкозооксидаза Пивоварение, производство спирта Размягчение мяса, осветление соков Антиоксидант в готовых к употреблению пищевых продуктов ▪ Целлюлаза Получение спирта и глюкозы ▪ Глюкозоизомераза Производство сиропов с высоким содержанием фруктозы ▪ Лактаза Утилизация сыворотки, гидролиз лактозы ▪ Липаза Сыроварение, получение ароматизаторов ▪ Реннет Сыроварение ▪ Пектиназа Осветление сока, производство спирта ▪ Протеаза Детергент, производство спирта
Скачать презентацию Биотехнология наука о практическом применении достижений биологии
Тема 1a. Биотехнология.ppt