КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Биотехнология в зооветеринарии, как основа защиты животных и повышения их продуктивности. Биотехнологические приемы в животноводстве. Основы получения препаративных форм продуктов микробного синтеза. Классификация биопрепаратов. Профессор кафедры, доктор биологических наук ВОЛКОВ МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ 1
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Введение: 1. Биотехнология в зооветеринарии, как основа защиты животных и повышения их продуктивности. 2. Биотехнологические приемы в животноводстве. 3. Основы получения препаративных форм продуктов микробного синтеза. 4. Классификация биопрепаратов. Заключение. 2
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Учебник по биотехнологии Под редакцией академика РАСХН Е. С. Воронина Авторы: Тихонов И. В. Рубан Е. А. Грязнева Т. Н. Самуйленко А. Я. Гаврилов В. А. 3
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 1. Тихонов И. В. , Рубан Е. А. , Грязнева Т. Н. , Самуйленко А. Я. , Гаврилов В. А. Биотехнология. - Санкт-Петербург: Гиорд. - 2005. 730 с. 2. Блинов Н. П. Основы биотехнологии. - Санкт-Петербург: Наука, 1995. 3. Самуйленко А. Я. , Рубан Е. В. Основы технологии производства ветеринарных биологических препаратов. - М. : ВНИТИБП, 2000. - Т. I, Т. II. 4. Тутов И. К. , Ситьков В. И. Основы биотехнологии ветеринарных препаратов. - Ставрополь: ГСХА, 1997. 5. Шевелуха В. Е. , Воронин И. В. , Тихонов И. В. и др. Сельскохозяйственная биотехнология. - М. : Колос, 2003. 4
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Биотехнология - это наука об использовании живых организмов, культур клеток и биологических процессов в производстве с целью получения полезных продуктов для народного хозяйства, медицины и ветеринарии, целенаправленно улучшающих воздействие на окружающую среду и формирование экологически доброкачественной среды обитания человека и животных. 5
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Сельскохозяйственная биотехнология: Ветеринарная биотехнология; Зоотехнология; Фитобиотехнология; Биотехнология в кормовой промышленности; Переработка отходов сельхозпроизводств. 6
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Наименование биотехнологических продуктов, применяемых в отраслях н/х медицине ветеринарии и сельском хозяйстве Антибиотики Витамины Аминокислоты Гормоны Вакцины Антитела Компоненты крови Диагностические препараты Иммуномодуляторы Алкалоиды Пищевые белки Нуклеиновые кислоты Нуклеозиды Нуклеотиды Липиды Антиметаболиты Антиоксиданты Противоглистные агенты Противоопухолевые агенты Кормовой белок Кормовые антибиотики Витамины Гормоны Вакцины Биологические средства защиты растений Выведение новых сортов растений и животных Инсектициды пищевой промышленности Аминокислоты Органические кислоты Белок пищевой Ферменты (сыры, молочные продукты) Напитки Липиды Сахара Спирты Дрожжи химической промышленности энергетике Ацетон Этилен Бутанол Биогаз Этанол 7
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Объектами биотехнологии являются: вирусы; бактерии; грибы; протозойные организмы; клетки (ткани) растений, животных и человека; некоторые вещества биологического происхождения (например, ферменты, простагландины, лектины, нуклеиновые кислоты); молекулы; отдельные части, органы растений и животных. 8
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 1. Крупномасштабное, глубинное культивирование биообъектов в периодическом, полунепрерывном или непрерывном режиме. 2. Выращивание клеток растительных и животных тканей в особых условиях. Культивирование биообъектов проводится в специальных аппаратах – биореакторах различной емкости, с применением стерильного оборудования. 3. Выращивание в биореакторах бластов (лейкоцитов) человека для получения белка – интерферона. 4. Культивирование культур клеток в стеклянных роллерах, на которых выращивают вирусы для приготовления противовирусных вакцин. 9
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 1. Биотехнология в зооветеринарии, как основа защиты животных и повышения их продуктивности: получение кормовых белков; производство незаменимых аминокислот; производство кормовых витаминных препаратов; кормовых липидов; ферментных препаратов. 10
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Разработка оптимальной технологии производства биопрепаратов - это сложная научно техническая проблема, для решения которой необходимо: 1. Выбрать или селекционировать культуру микроорганизмов, способную с максимально возможной скоростью синтезировать биомассу или продукт микробного синтеза, обладающие необходимыми потребительскими свойствами. 2. Выбрать сырье для приготовления питательных сред, содержащее вещества, необходимые для роста используемой культуры микроорганизмов, клеток животных и растений. 3. Выбрать или сконструировать биореактор, с соответствующим оснащением, пригодным для выращивания клеток и обеспечивающим оптимальные условия биотехнологического процесса. 4. Подобрать оборудование и разработать технологию выделения и очистки целевого продукта и приготовления биопрепарата. 5. Стандартизировать каждый этап технологии и конечный продукт. 11
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Схема получения кормовых дрожжей 12
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ В зависимости от используемого сырья для кормовых белковых продуктов приняты следующие товарные названия: на гидролизатах растительного сырья и сульфитных щелоках получают кормовые дрожжи, или гиприн; на парафинах нефти - кормовые дрожжи, белкововитаминный концентрат (БВК), или паприн; на природном газе - гаприн; на метиловом спирте - меприн; на этиловом спирте - эприн. 13
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 14
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Рентгенограмма кристалла бактериального белка Дрожжи кормовые - высокобелковый корм 15
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Средняя норма использования сухих дрожжей составляет в среднем 1 г на 1 кг живой массы животного в сутки. Так, для крупного рогатого скота (быки, коровы) рекомендуется добавлять к основному корму 500 г сухих дрожжей в сутки, для свиней – 150… 200 г, а для цыплят – 2 г. 16
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 1 кг дрожжей содержит: 13 -18 мг тиамина (В 1), 20… 50 мг рибофлавина (В 2), 60… 100 мг пантотеновой кислоты (В 3), до 6000 мг холина (В 4), 200 -350 мг никотиновой кислоты (В 5) и т. д. 17
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Производство аминокислот Аминокислоты - карбоновые кислоты, содержащие одну или несколько аминогрупп NH 2, широко распространены в природе. Они являются структурными элементами природных белков. Общая формула аминокислот RCH(NH 2)COOH (за исключением пролина и оксипролина). 18
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Сравнительная таблица содержания аминокислот (жирным выделены незаменимые) в различных продукта, в том числе - в яблоках. 19
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 20
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 21
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 22
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ В настоящее время существуют три способа получения аминокислот: выделение из гидролизатов природных белков; химический синтез; микробиологический синтез. 23
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Гидролиз природных белков можно проводить кислотой, щелочью или с помощью ферментов. Однако высокая стоимость и дефицитность исходного сырья (отходы мясной промышленности, яичный белок, казеин молока и т. д. ), а также трудности выделения и очистки аминокислот не позволяют широко использовать этот способ. При химическом синтезе аминокислот образуется рацемическая смесь их D- и L- форм, которую трудно разделить. Биологически активными являются L- аминокислоты, а D- аминокислоты не усваиваются животным и человеком. Способ получения аминокислот с помощью микроорганизмов возник сравнительно недавно - в 60 -х годах нашего столетия. Сейчас отработаны и селектированы сотни видов и штаммов микроорганизмов, способных продуцировать аминокислоты. Большим достоинством этого способа является то, что микроорганизмы образуют аминокислоты в биологически активной L- форме, что облегчает их выделение и очистку. 24
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Перспективны смешанные химически-ферментативные способы синтеза 25
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 26
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Технологическая схема производства препаратов лизина 27
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 28
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 29
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 30
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Получение витаминов 31
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Кормовые дрожжи, получаемые на гидролизатах древесины и углеводородах, сравнительно богаты витаминами группы В. Они содержат следующие витамины группы В, мкг/к (в расчете на сухую биомассу): Тиамин (В 1) - 15 - 18 Рибофлавин (В 2 ) - 45 - 68 Биотин 1, 6 - 3, 0 Инозит 400 - 5000 Фолиевая кислота 3, 4 - 21, 5 Никотиновая кислота 440 - 610 32
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 33
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Содержание витамина В 12 в некоторых продуктах питания: В основном витамин находится в мясе, рыбе, яйцах и молочных продуктах. Витамин В 12 стоек к нагреванию, потери его приготовлении пищи невелики. продукт мкг на 100 г суточная норма (3 мкг) содержится в: печень говяжья 60 5 г печень свиная 30 10 г почки говяжьи 30 10 г икра 16 19 г почки свиные 15 20 г скумбрия 14 21 г сардины атлантические 12 25 г сельдь атлантическая 11 27 г печень трески 9 33 г баранина 6 50 г 5, 8 51 г говядина 4 75 г свинина 3 100 г сыр 2, 7 111 г яйцо 1, 7 176 г творог 1 300 г молоко 0, 6 500 г яйца 0, 52 576 г шпроты в масле 34
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Технология получения микробных липидов Под липидами подразумеваются все растворимые в неполярных растворителях клеточные компоненты микроорганизмов. В настоящее время ведутся поиски новых источников получения жиров, в том числе и на технические нужды. Этим источником могут стать микроорганизмы, липиды которых после соответствующей обработки пригодны для использования в различных отраслях промышленности 35
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Технологический процесс получения микробных липидов, в отличие от получения белковых веществ, обязательно включает стадию выделения липидов из клеточной массы методом экстракции в неполярном растворителе (бензине или эфире). При этом получают одновременно два готовых продукта: микробный жир (биожир) и обезжиренный белковый препарат (биошрот) 36
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Простые липиды - нейтральные жиры и воски. Нейтральные жиры (основные запасные компоненты клетки) - эфиры глицерина и жирных кислот, основная масса которых триацилглицериды (есть, впрочем ещё и моно- и диглицериды). Воски - эфиры жирных кислот или моноооксикислот и алифатических спиртов с длинной углеродной цепью. По структуре и свойствам близки к нейтральным липидам. Наибольшее количество нейтральных липидов синтезируют дрожжи и мицелиальные грибы. Простые липиды находят применение как технологические смазки в процессах холодной и тепловой обработки металлов. Продуцентами сложных липидов являются в основном бактерии. 37
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Сложные липиды делятся на две группы: фосфолипиды и гликолипиды. Фосфолипиды (фосфоглицериды и сфинголипиды) входят в состав различных клеточных мембран и принимают участие в переносе электронов. Их молекулы полярны и при р. Н 7, 0 фосфатная группа несет отрицательный заряд. Концентрат фосфолипидов находит применение в качестве антикоррозийной присадки к маслам и как добавка при флотации различных минералов. Гликолипиды в отличие от фосфолипидов не содержат молекулы фосфорной кислоты, но также являются сильнополярными соединениями за счет наличия в молекуле гидрофильных углеводных групп (остатков глюкозы, маннозы, галактозы и др. ). 38
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ К производным липидов относят жирные кислоты, спирты, углеводороды, витамины Д, Е и К. Жирные кислоты представлены насыщенными и ненасыщенными с одной двойной связью кислотами нормального строения и четным числом углеродных атомов (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая). Среди диеновых жирных кислот можно выделить линолевую. Двойные связи в ненасыщенных жирных кислотах микробных липидов часто располагаются так, что делят их на части, число углеродных атомов в которых кратно трем. Очищенные монокарбоновые кислоты с числом углеродных атомов 14 -18 находят широкое применение в мыловаренной, шинной, химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности. 39
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Спирты, присутствующие в липидах, делятся на три группы: спирты с прямой цепью, спирты с β - ионовым кольцом, включающие витамин А и каротиноиды, стерины - компоненты неомыляемой части липидов (например, эргостерин, облучение которого ультрафиолетовым светом позволяет получать витамин Д 2). 40
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Процесс образования липидов у большинства дрожжей состоит из двух четко разграниченных стадий: первая характеризуется быстрым образованием белка в условиях усиленного снабжения культуры азотом и сопровождается медленным накоплением липидов (в основном глицерофосфатов и нейтральных жиров); вторая - прекращением роста дрожжей и усиленным накоплением липидов (в основном нейтральных). Микроорганизмы - продуценты липидов Типичными липидообразователями являются дрожжи Cryptococcus terricolus. Они могут синтезировать большое количество липидов (до 60% от сухой массы) в любых условиях, даже наиболее благоприятных для синтеза белка. Из других липидообразующих дрожжей промышленный интерес представляют дрожжи С. guilliermondii, утилизирующие алканы. Они синтезируют в основном фосфолипиды. Накапливают большие количества липидов и активно развиваются на углеводных субстратах (на мелассе, гидролизатах торфа и древесины) также дрожжи видов Lipomyces lipoferus и Rhodotorula gracilis. У этих видов дрожжей липогенез сильно зависит от условий культивирования. Эти продуценты накапливают значительные 41 количества (до 70%) триацилглицеридов.
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Липиды, синтезируемые бактериями, своеобразны по своему составу, так как включают в основном сложные липиды, тогда как нейтральные жиры составляют незначительную часть биомассы. При этом бактерии производят разнообразные жирные кислоты (содержащие от 10 до 20 атомов углерода), что важно для промышленного получения специфических жирных кислот. Водоросли перспективны для культивирования в качестве липидообразователей, так как не нуждаются в органическом источнике углерода. Химический состав (соотношение белков и жиров) водорослей также сильно варьирует в зависимости от содержания в среде азота. Недостатки - малая скорость роста и накопление токсических соединений в клетках, - ограничивают промышленное применение. 42
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Питательные среды и условия культивирования для получения липидов Основную роль в процессе биосинтеза липидов играют различные штаммы дрожжей. Они используют те же источники сырья, что и для получения кормового белка. Для обеспечения направленного биосинтеза липидов в питательной среде употребляются легкоассимилируемые источники азота. На сдвиг биосинтеза в сторону образования липидов или белка влияет соотношение углерода и азота в среде. Так, повышение концентрации азота вызывает снижение липидообразования, а недостаток азота при обеспеченности углеродом ведет к понижению выхода белковых веществ и высокому процентному содержанию жира. Установлено, что оптимальное соотношение N: С тем меньше, чем труднодоступнее для дрожжей источник углерода. Обычно для углеводородного сырья соотношение N: C = 1: 30, а для углеводного - 1: 40. Накопление липидов возможно только при наличии в среде фосфора. При его недостатке источники углерода используются не полностью, при избытке - накапливаются нелипидные продукты. На фракционный состав синтезируемых липидов оказывают другие условия культивирования: аэрация, р. Н и температура. От интенсивности аэрации зависит синтез фосфоглицеридов, жирных кислот и триацилглицеридов. При недостаточной аэрации липиды содержат в 4 раза меньше триацилглицеридов, в 2 раза больше фосфоглицеридов и в 8 раз больше жирных кислот, чем при нормальной. При интенсификации аэрации возрастает степень ненасыщенности липидов и увеличивается относительное количество всех групп ненасыщенных кислот. Повышение р. Н среды ведет к увеличению содержания фосфоглицеридов и жирных кислот при одновременном снижении количества триацилглицеридов. Оптимальные температуры роста и липидообразования для клеток совпадают, причем содержание липидов не зависит от температуры культивирования. Однако, регулируя температуру, можно создавать разные соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в составе фосфолипидных мембран. 43
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Основные источники ферментов - ткани и органы животных, растения и микроорганизмы. Преимущество микроорганизмов как источников ферментов в том, что они быстро растут на дешевых питательных средах и синтезируют большое количество разных ферментов. Выделенные из природных источников микроорганизмы синтезируют одновременно комплекс различных ферментов, а мутантные штаммы способны продуцировать только какой-нибудь один промышленно важный фермент, причем в больших количествах. 44
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Aspergillus niger Rhizopus Колонии плесневого грибка Penicillium 45
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ О степени концентрирования и очистки ферментного препарата свидетельствует цифра в его наименовании, стоящая перед индексом “х”. Индекс “ 2 х” означает, что препараты ферментов получены в виде концентрированных сиропов, освобожденных от нерастворимых веществ. Сухие ферментные препараты имеют в наименовании индекс “ 3 х”. Ферментные препараты с индексами “ 2 х” и “ 3 х” относятся к техническим. Препараты ферментов, очищенные различными методами, обозначаются индексом “ 10 х”, а фракционированные - “ 15 х”. Высокоочищенные, но не кристаллические ферментные препараты, которые содержат до 25 % балластных веществ и получены методом концентрирования на ультрафильтрационных установках с последующей сушкой в распылительных сушилках, в зависимости от степени очистки обозначаются индексами “ 20 х” и “ 30 х”. Таким образом, например, название препарата “протосубтилин Г 20 х” означает, что он содержит протеолитические ферменты, полученные при глубинном культивировании культуры Bacillus subtilis, очищен, сконцентрирован ультрафильтрацией и высушен в 46 распылительной сушилке.
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 2. Биотехнологические приемы в животноводстве 47
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Внедрение результатов биотехнологических исследований в животноводство происходит в первую очередь в следующих областях деятельности: Улучшение здоровья животных с помощью биотехнологии; Новые достижения в лечении людей с помощью биотехнологических исследований на животных; Улучшение качества продуктов животноводства с помощью биотехнологии; Достижения биотехнологии в охране окружающей среды и сохранении биологического разнообразия. Биотехнология животных включает в себя работу с различными животными (скотом, домашней птицей, рыбой, насекомыми, домашними животными и лабораторными животными) и исследовательскими приемами – геномикой, генной инженерией и клонированием. 48
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ В США контроль состояния здоровья сельскохозяйственных животных осуществляют три правительственных органа: Министерство сельского хозяйства США (USDA) контролирует ветеринарию, разработку и производство вакцин и диагностических тестов; Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) рассматривает и одобряет новые лекарственные средства и пищевые добавки; Управление по охране окружающей среды (EPA) обеспечивает контроль за пестицидами и другими средствами для уничтожения блох и других паразитов. 49
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Биотехнология обеспечивает принципиально новые подходы к улучшению здоровья животных и продуктивности скота и домашней птицы. Это улучшение возможно за счет усовершенствования диагностики, лечения и профилактики заболеваний; использования высококачественных кормов, производимых из трансгенных сортов кормовых растений; а также за счет повышения эффективности выведения новых пород. 50
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Биотехнология помогает улучшить продуктивность скота с помощью различных вариантов селекционного разведения. Для начала отбираются особи, обладающие желаемыми характеристиками, после чего, вместо традиционного скрещивания, производится забор спермы и яйцеклеток и последующее экстракорпоральное оплодотворение. Через несколько дней развивающийся эмбрион имплантируется в матку суррогатной матери соответствующего вида, но необязательно той же породы. Иногда эмбрион делится на несколько частей, каждая из которых имплантируется отдельно. Такая форма клонирования на протяжении уже нескольких десятилетий используется для быстрого улучшения генетических характеристик сельскохозяйственных животных. 51
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 3. Основы получения препаративных форм продуктов микробного синтеза 52
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Основные виды лекарственной формы биопрепаратов: раствор, паста, порошок, таблетка. 53
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Аэрозоль, обеспечивающий высвобождение содержимого упаковки с помощью воздуха, называется спрей. Аэрозоли предназначены для вдыхания (ингаляции). Разновидностью ингаляций являются порошки для вдыхания (инхалеры), которые могут выпускаться в специальных упаковочно-дозирующих устройствах типа ротодисков, вентодисков и др. Аэрозоли также могут быть предназначены для нанесения лечебного состава на кожу, слизистые оболочки, раны. Брикеты - твердая дозированная лекарственная форма, получаемая прессованием измельченного лекарственного растительного сырья или смеси различных видов растительного сырья без добавления вспомогательных веществ и предназначенная для приготовления настоев и отваров. Гранулы - твердая дозированная или недозированная лекарственная форма для внутреннего применения в виде агломератов (крупинок) шарообразной или неправильной формы, содержащих смесь активных действующих и вспомогательных веществ. Гранулы могут быть покрытые оболочками, в том числе желудочнорезистентными; непокрытые; шипучие; для приготовления оральных жидкостей, и с модифицированным высвобождением активных действующих веществ. Упаковка с недозированными гранулами может быть снабжена дозирующим устройством. 54
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Драже - твердая дозированная лекарственная форма, получаемая послойным нанесением активных действующих веществ на микрочастицы инертных носителей с использованием сахарных сиропов. Капли - жидкая лекарственная форма, содержащая одно или несколько активных действующих веществ, растворенных, суспендированных или эмульгированных в соответствующем растворителе и дозируемая каплями. Различают капли для внутреннего или наружного применения. Капсулы - дозированная лекарственная форма, состоящая из твердой или мягкой желатиновой оболочки, содержащей одно или несколько активных веществ с добавлением или без вспомогательных веществ. Среди капсул различают: твердые, мягкие, микрокапсулы, желудочно-резистентные, пеллеты. Желудочно-резистентные - капсулы, обеспечивающие высвобождение лекарственных средств в кишечном соке. Микрокапсулы - капсулы, состоящие из тонкой оболочки из полимерного или другого материала, шарообразной или неправильной формы, размером от 1 до 2000 мкм, содержащей твердые или жидкие активные действующие вещества с добавлением или без добавления вспомогательных веществ. Мягкие - цельные капсулы различной формы (шарообразной, яйцевидной, продолговатой и др. ) с жидкими или пастообразными веществами. 55
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Твердые - капсулы цилиндрической формы с полусферическими концами, состоящие из двух частей, которые входят одна в другую, не образуя зазоров. Капсулы могут быть наполнены порошками, гранулами, микрокапсулами, пеллетами, таблетками. Пеллеты - покрытые оболочкой твердые частицы шарообразной формы, содержащие одно или несколько активных действующих веществ с добавлением или без добавления вспомогательных веществ, имеющие размеры от 2000 до 5000 мкм. 56
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Лекарственные формы для инъекции - стерильные лекарственные формы для парентерального применения в виде растворов, суспензий, эмульсий, а также твердых лекарственных веществ (порошки, таблетки, пористые массы), которые растворяют в стерильном растворителе непосредственно перед введением. Различают инъекции малого объема до 100 мл, и большого объема 100 мл и более (инфузии). Порошки для инъекций - стерильные твердые лекарственные средства, применяемые для приготовления растворов или суспензий для инъекций. Растворы для инъекций - стерильные водные или неводные растворы лекарственных веществ в соответствующем растворителе. Суспензии для инъекций - стерильные высокодисперсные суспензии. Эмульсии для инъекций - стерильные высокодисперсные эмульсии. Мази - мягкая лекарственная форма, предназначенная для нанесения на кожу, раны и слизистые оболочки и состоящая из основы и равномерно распределенных в ней лекарственных веществ. По типу дисперсных систем мази подразделяют на гомогенные (сплавы, растворы), суспензионные, эмульсионные и комбинированные; в зависимости от консистентных свойств - на собственно мази, кремы, гели, линименты, пасты. 57
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Гели - мази вязкой консистенции, способные сохранять форму и обладающие упругостью и пластичностью. По типу дисперсных систем различают гидрофильные и гидрофобные гели. Кремы - мази мягкой консистенции, представляющие собой эмульсии типа масло в воде или вода в масле. Линименты - мази в виде вязкой жидкости. Пасты - мази плотной консистенции, содержание порошкообразных веществ в которых превышает 25%. Настойки - жидкая лекарственная форма, представляющая собой спиртовые и водно -спиртовые извлечения из лекарственного растительного сырья, полученные без нагревания и удаления экстрагента. Растворы - жидкая лекарственная форма, полученная растворением жидких, твердых или газообразных веществ в соответствующем растворителе. Растворы используют для внутреннего и наружного применения, а также для инъекций. 58
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Сборы лекарственные - смеси нескольких видов измельченного, реже цельного лекарственного растительного сырья, иногда с добавлением солей, эфирных масел. Сиропы - жидкая лекарственная форма для внутреннего применения, представляющая собой концентрированный раствор различных сахаров, а также их смеси, с лекарственными веществами. Суппозитории - твердая дозированная лекарственная форма. Состоящая из основы и лекарственных веществ, расплавляющаяся (растворяющаяся, распадающаяся) при температуре тела. Супозитории предназначены (свечи), ректального для вагинального (пессарии, шарики) и других путей введения (палочки). Суспензии - жидкая лекарственная форма, представляющая собой дисперсную систему, содержащую одно или несколько твердых лекарственных веществ, суспендированных в соответствующей жидкости. Суспензии используют для внутреннего и наружного применения, а также для инъекций. Таблетки - твердая дозированная лекарственная форма, получаемая прессованием порошков и гранул, содержащих одно или более лекарственных веществ с добавлением или без вспомогательных веществ. Среди таблеток различают: непокрытые, шипучие, покрытые, желудочнорезистентные, с модифицированным высвобождением, для использования в полости рта. 59
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Экстракты - концентрированные извлечения из лекарственного растительного сырья, представляющие собой подвижные, вязкие жидкости или сухие массы. Различают: жидкие экстракты (подвижные жидкости); густые экстракты (вязкие массы с содержанием влаги не более 25 %); сухие экстракты (сыпучие массы с содержанием влаги не более 5 %). Эликсиры - жидкая лекарственная форма, представляющая собой прозрачную смесь спирто-водных извлечений из лекарственного растительного сырья с добавлением лекарственных веществ, сахаров и ароматизаторов. Эмульсии - жидкая лекарственная форма, представляющая собой дисперсную систему, содержащая две или несколько взаимонерастворимых или несмешивающихся жидкостей, одна из которых эмульгирована в другой. Эмульсии используют для внутреннего и наружного применения, а также для инъекций. 60
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Упаковка биопрепаратов предназначена для сохранения их в процессе хранения, перевозок, а также для введения ГЛФ в организм (в некоторых случаях). Упаковки ГЛФ различают: первичные; вторичные; групповую тару; тара для перевозок. 61
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Под культивированием понимают выращивание определенного вида клеток микроорганизмов-продуцентов на питательных средах в искусственно созданных условиях, необходимых для их активного роста и размножения. Культивирование является основной стадией технологического процесса и во многом определяет количественные и качественные характеристики производства в целом. Именно на стадии культивирования осуществляется накопление как самой биомассы, так и продуктов метаболизма (жизнедеятельности) микроорганизмов. На этой стадии создаются необходимые полезные качества целевых продуктов. Данной стадии нет аналогов в химической технологии – это принципиальное отличие биотехнологии и химической технологии. Стадия имеет цель либо накопление биомассы микроорганизмов (в производстве дрожжей, кормов, вакцин, удобрений и др. ), либо проводится с целью получения продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, так называемых продуктов метаболита (антибиотики, спирты, аминокислоты и др. ). Продукты метаболита - это вещества, которые выделяют микроорганизмы при жизнедеятельности. 62
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Технологически стадия реализуется посредством многих процессов, таких как: • • процесс роста и отмирания микроорганизмов; тепловыделение и теплообменные процессы; процесс пенообразования и пеногашения; процессы массообменные (перемешивание, аэрация); процесс стерилизации и обеспечения асептики; гидромеханические процессы; физико-химические процессы (р. Н и др. ). 63
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Для выращивания микроорганизмов-продуцентов применяют два способа культивирования - поверхностный и глубинный Технология выращивания поверхностным способом заключается в том, что микроорганизмы культивируют на поверхности плотных или сыпучих питательных сред, а также на поверхности специальных носителей (стеклянные шарики и т. п. ). В качестве плотных сред используют агаризованные среды (2, 5… 3, 0% агар-агара), сыпучих – такие субстраты, как - пшено, ячмень, отруби и т. п. 64
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Ферментатор (или культиватор) - это аппарат для выращивания микроорганизмов в заданных условиях. Он снабжён необходимыми системами обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов в оптимальных условиях, а так же системами подготовки аппарата к работе. 65
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 66
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Конечные формы биопрепаратов с точки зрения технологии их получения можно разделить на три основные группы • Первая группа - биопрепараты на основе инактивированной биомассы клеток и продуктов ее переработки (кормовые дрожжи, грибной мицелий и др. ). • Вторая группа - биопрепараты на основе очищенных продуктов метаболизма микроорганизмов (витамины, аминокислоты, ферменты, антибиотики и др. ). • Третья группа - биопрепараты на основе жизнеспособных микроорганизмов (средства защиты растений, бактериальные удобрения, закваски для силосования кормов и др. ). 67
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Основные способы концентрирования и выделения биопрепаратов 68
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Флотация 69
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 4. Классификация биопрепаратов 70
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Классификация биопрепаратов, в зависимости от составляющих компонентов: 1. Вакцины. 2. Биологически активные добавки. 3. Эубиотики. 4. Пробиотики. 5. Пребиотики. 6. Бактериофаги. 71
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 1. Вакцины используются для искусственного создания иммунитета против определенных видов микроорганизмов. 2. Биологически активные добавки - это бифидосодержащие лечебно-диетические продукты питания, предназначенные для восстановления микрофлоры кишечника. В настоящее время наиболее популярными и массовыми продуктами во всем мире являются йогурты, в состав которых входят молочно-кислые бактерии разных видов. 3. Эубиотики - это бактерийные препараты, действующим началом которых являются живые культуры микроорганизмов - представителей нормальной микрофлоры. Эубиотиками являются Бифидумбактерин - микробная масса бактерий Bifidobacterium bifidum; Ацилакт, включающий 3 штамма лактобацилл, препарат Лактобактерин, представляющий собой микробную массу лактобактерий plantarum и fermentum, а также Линекс. 72
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 4. Пробиотики - ферменты, подавляющие рост патогенных микроорганизмов. Пробиотики являются активаторами роста нормальной микрофлоры. К ним относятся Энтерол, Бактисубтил, Биоспорин. Механизм действия Биоспорина реализуется за счет содержания в нем бактерий рода Bacillus. 5. Пребиотики - хилак-форте, нормазе - это неперевариваемые в кишечнике вещества, стимулирующие рост нормальной флоры. 6. Бактериофаги обладают высокой специфичностью к патогенным микроорганизмам. Избирательность действия бактериофагов значительно выше, чем антибиотиков. 73
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Биотехнологию относят к числу приоритетных наук, где можно прогнозировать более быстрые и важнейшие достижения для социально-экономического прогресса общества. В России также самое пристальное внимание уделяется различным отраслям биотехнологии, в том числе и разработке ветеринарных биологических препаратов для профилактики, диагностики инфекционных заболеваний и терапии больных животных, создания современных многофункциональных кормовых добавок. Постоянно ведется работа по совершенствованию промышленной технологии, освоению производства более эффективных, дешевых и стандартных препаратов. Для решение этих вопросов должны внести свой посильный вклад слушатели данного курса лекций. 74
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ 1. Биотехнология в ветеринарии. Ее цели и задачи. 2. Основные компоненты биотехнологических систем. 3. Основные субстраты, используемые в производстве биопрепаратов. 4. Технологические линии, стадии и этапы производства биопрепаратов. 5. Типовая технологическая схема производства биопрепаратов. 6. Аппаратурно-технологическая линия производства ферментов. 7. Технология переработки культуральной жидкости производстве ферментов. 8. Технологическая схема очистки и консервирования ферментов. 9. Иммобилизация ферментов, сущность процесса. 10. Применение ферментных препаратов в ветеринарии. 11. По каким критериям классифицируют витамины? 12. Назовите бактерии-продуценты витаминов. 13. Каковы условия культивирования бактерий-продуцентов витаминов? 14. Методы выделения и концентрирования витаминов. 15. По каким параметрам проводят контроль качества витаминных препаратов? 16. Техника безопасности в биотехнологии. 75
Скачать презентацию КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ Биотехнология в зооветеринарии, как основа защиты
Презентация-зооветир-готова-1.ppt