Красноярск 2009 Современные проблемы и методы биотехнологии. УДК

Красноярск 2009 Современные проблемы и методы биотехнологии

УДК 60(075) ББК 30.16я73 С56 Авторы: Т. Г. Волова, С. В. Маркова, Л. А. Франк, Н. В. Зобова, Е. И. Шишацкая, Н. А. Войнов Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии» подготовлен в рамках реализации Программы развития федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ) на 2007–2010 гг. Рецензенты: Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин С56 Современные проблемы и методы биотехнологии. Презентационные материалы [Электронный ресурс] : наглядное пособие / Т. Г. Волова, С. В. Маркова, Л. А. Франк и др. – Электрон. дан. (9 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2009. – (Современные проблемы и методы биотехнологии : УМКД № 1323-2008 / рук. творч. коллектива Т. Г. Волова). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 9 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Microsoft PowerPoint 2003 или выше. ISBN 978-5-7638-1662-4 (комплекса) ISBN 978-5-7638-1663-1 (пособия) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320902481 (комплекса) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320902482 (пособия) Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Современные проблемы и методы биотехнологии», включающего учебную программу дисциплины, учебное пособие, лабораторный практикум, методические указания по самостоятельной работе, контрольно-измерительные материалы «Современные проблемы и методы биотехнологии. Банк тестовых заданий». Электронные презентационные материалы в виде набора слайдов структурированы по темам и разделам теоретического курса. Являются независимым средством наглядного сопровождения изложения теоретического курса дисциплины. Оформление каждого слайда преследует краткое и гармоничное представление теоретических сведений и соответствует принципам эффективного восприятия информации с экранов. Использование в слайдах специальным образом оформленного набора текстовых и графических элементов позволяет доступно и кратко сформулировать сущность излагаемой информации. Интерактивное оглавление и набор гиперссылок в структуре презентационных материалов позволяют оперативно получить доступ к слайдам, относящимся к нужному разделу или теме. Предназначено для студентов направления подготовки магистров 020200.68 «Биология» укрупненной группы 020000 «Естественные науки». © Сибирский федеральный университет, 2009 Рекомендовано к изданию Инновационно-методическим управлением СФУ Редактор Я. Н. Лысь Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения Информационно-телекоммуникационного комплекса СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм. Подп. к использованию 30.11.2009 Объем 9 Мб Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

Оглавление Введение Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Глава 3. Культура растительных клеток и тканей Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Глава 6. Инженерные основы биотехнологии Современные проблемы и методы биотехнологии 3

Введение

1. Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека 2. Особенности развития исследований и коммер-циализации биологических технологий в США, Японии, странах ЕС и России Роль биотехнологии в современном мире Введение 5

Междисциплинарная природа биотехнологии Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека Введение 6

Биотехнология сегодня подразделяется на несколько наиболее значимых сегментов: это «белая», «зеленая», «красная», «серая» и «синяя» биотехнологии Введение 7 Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека

К «белой» биотехнологии относят промыш-ленную биотехнологию, ориентированную на производство продуктов, ранее производимых химической промышленностью, – спирта, витаминов, аминокислот и др. – с учетом требований сохранения ресурсов и охраны окружающей среды Введение 8 Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека

Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека «Зеленая» биотехнология охватывает область, значимую для сельского хозяйства. Это исследования и технологии, направленные на создание биотехнологических методов и препаратов для борьбы с вредителями и возбудителями болезней культурных растений и домашних животных, создание биоудобрений, повышение продуктивности растений, в том числе с использованием методов генетической инженерии Введение 9

Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека «Красная» (медицинская) биотехнология —наиболее значимая область современной биотехнологии. Это производство биотехнологическими методами диагностикумов и лекарственных препаратов с использованием технологий клеточной и генетической инженерии (зеленые вакцины, генные диагностикумы, моноклональные антитела, конструкции и продукты тканевой инженерии и др.) Введение 10

Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека «Серая» биотехнология занимается разработкой технологий и препаратов для защиты окружающей среды; это рекультивация почв, очистка стоков и газовоздушных выбросов, утилизация промышленных отходов и деградация токсикантов с использованием биологических агентов и биологических процессов Введение 11

Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека «Синяя» биотехнология ориентирована на эффективное использование ресурсов Мирового океана и использование морской биоты для получения пищевых, технических, биологически активных и лекарственных веществ Введение 12

Ассигнования в биотехнологию в США (млрд $ США) Особенности развития биотехнологии за рубежом и в России Введение 13

Введение 14 Особенности развития биотехнологии за рубежом и в России

Введение 15 Особенности развития биотехнологии за рубежом и в России

Долевой анализ рынка биотехнологии РФ (по данным компании Abercade, www.abercade.ru) Особенности развития биотехнологии за рубежом и в России Введение 16

Программа развития биотехнологии в Российской Федерации на 2006–2015 гг. Структура программы Раздел 1. Национальные приоритетные проекты Раздел 2. Федеральные проекты (направления) Раздел 3. Региональные (межрегиональные, окружные) проекты Раздел 4. Целевые проекты Особенности развития биотехнологии за рубежом и в России Введение 17

Особенности развития биотехнологии за рубежом и в России Приоритетные направления: фундаментальная биотехнология медицинская биотехнология сельскохозяйственная биотехнология пищевая биотехнология промышленная биотехнология экологическая биотехнология правовое, экономическое, информационное и организационное обеспечение развития биотехнологии материально-техническая база биотехнологии подготовка кадров для биотехнологии Введение 18

Новейшие достижения в области биотехнологии: трансгенные организмы и продуценты, геномика и протеомика, медицинская биотехнология, новые биоматериалы Введение 19

Новейшие достижения в области биотехнологии Принцип конструирования рекомбинантных ДНК Введение 20

Схема конструирования гена соматропина комбинацией химического синтеза и выделенной MРНК Новейшие достижения в области биотехнологии Введение 21

Клонирование nif-генов: 1 этап – получение гибридной плазмиды E.coli и Candida 2 этап – перенос nif-генов из Kleibsella во вторую плазмиду E.coli, которую внедряют в хромосому дрожжей Новейшие достижения в области биотехнологии Введение 22

Введение 23 Суперштамм, полученный на основе последовательных скрещиваний четырех штаммов Pseudomonas putida Новейшие достижения в области биотехнологии Скрещивание Скрещивание

Конструкции биореакторов на основе иммобилизованных ферментов Потенциал инженерной энзимологии Ферментные электроды Новейшие достижения в области биотехнологии Введение 24 Диалезная мембрана

Получения с использованием гибридом, продукции моноклональных антител, образованной лимфоцитами и миеломными клетками Введение 25 Новейшие достижения в области биотехнологии

Введение 26 Использование культуры тканей и клеток растений для регенерции растений Микроклональное размножение растений Новейшие достижения в области биотехнологии

Продолжительность и последовательность этапов процесса передачи технологии в США Новейшие достижения в области биотехнологии Введение 27 Годы

Использование культуры тканей и клеток растений для регенерции растений Этап 1. Проведение исследований Этап 2. Патентование Этап 3. Маркетинговые исследования и оценка рынка Этап 4. Демонстрация технологии Этап 5. Организация производства Новейшие достижения в области биотехнологии Введение 28

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Общие принципы конструирования новых организмов для биотехнологии 30

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы рестриктазы лигазы ДНК- и РНК-зависимые ДНК-полимеразы полинуклеотидкиназы и фосфатазы различные нуклеазы и другие ферменты для модификаций концов молекул ДНК и манипуляций с фрагментами ДНК Рестриктазы и другие ферменты для молекулярного клонирования 31

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Пример: трансформация бактерий плазмидным вектором Общая схема молекулярного клонирования 32

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы I. Плазмидные нитевидные бактериофаги: М13, fd, f1 бактериофаг лямбда и космиды бакуловирусы ретровирусы, аденовирусы, SV40 и др. II. Вирусные М13 Клонирующие векторы: основные типы 33

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Пример: бактериальная плазмида Общая схема вектора на примере бактериальной экспрессионной плазмиды Схема экспрес-сионного вектора 34

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы трансформация коньюгация с помощью вирусов трансфекция: Са-фосфатный метод, полимерные катионы, катионные липиды и др. липосомы перфорационные методы: электропорация, микроинъекция, бомбардировка микрочастицами и др. лиганд-опосредованная доставка Доставка рекомбинантных ДНК и РНК в клетку Известно около 40 различных способов доставки: 35

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Бомбардировка микрочастицами, покрытыми ДНК, из «генного пистолета» (gene gun фирмы Bio-Rad) Доставка рекомбинантных ДНК и РНК в клетку 36

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Разнородная группа микроскопических организмов, искусственно объединенная на основании размера, стала базой многочисленных биотехнологических производств, сложившихся в промышленную микробиологию. Практически любое биотехно-логическое производство сегодня основано на использовании трансгенных организмов Трансгенные микроорганизмы и клеточные культуры 37

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы (гликозилирование, присоединение коферментов и жирных кислот, фосфорилирование, ацетилирование и т. д.) Трансгенные микроорганизмы и клеточные культуры 1. Фолдинг белков 2. Пост- трансляционные модификации Пример: гликозилирование Проблемы аутентичности белков при гетерологичной экспрессии 38

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Трансгенные растения и животные как биореакторы 39

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Конструирование трансгенных растений Ti-плазмида – наиболее распространенная векторная система для получения ГМ-растений 40

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Конструирование трансгенных растений 41

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы метод микроинъекции опосредованный ретровирусами перенос генов использование модифицированных эмбриональных стволовых клеток перенос трансформированных ядер генеративных и соматических клеток использование спермиев и сперматогониев как переносчиков ДНК Технологии получения трансгенных животных 42

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы Реконструкции мышиных эмбрионов с помощью генетически модифицированных эмбриональных стволовых клеток (ES-клеток) Технологии получения трансгенных животных 43

Глава 1. Современные успехи геномики: трансгенные организмы 1. Научные модели 2. Модельные системы для изучения болезней человека 3. Производство фармацевтических белков 4. Трансгенные животные – источники ксенотрансплантантов 5. Трансгенные животные как источники пищи, новые породы 6. Трансгенные домашние любимцы Danio rerio дикого типа GloFish – Danio rerio, окрашенные различными флуоресцентными белками, – наиболее удачный коммерческий проект (www.glowfish.com) Применение трансгенных животных 44

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний 46 Геном человека Человеческий геном содержит около 3 млрд п.о. Было выявлено около 30 тыс. генов, которые составляют не более 5 % генома Международный проект «Геном человека» начат в 1990 г., завершен в 2003 г.

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Опыты Т. Моргана Результаты скрещивания белоглазых мушек с красноглазым самцом Первая генетическая карта, показывающая расположение пяти признаков на хромосоме плодовой мушки Построение генетических карт хромосом 47

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Карта генома хромосомы Micobacterium tuberculosis Построение генетических карт хромосом 48

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Связь геномики человека с другими научными направлениями Практическое значение результатов секвенирования генома человека 49

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний ELIZA: АГ (или АТ) + АТ~Е (или АГ~Е) → АГ ~ АТ~Е + S → P Методы иммунодиагностики – основные закономерности и разнообразие 50

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Схема проведения ELISA Е – репортерный фермент; S, Р – субстрат и визуально определяемый продукт фермента Методы иммунодиагностики – основные закономерности и разнообразие 51

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний 52 Биолюминесцентный репортер Ca2+ – регулируемый фотопротеин обелин Ca2+ light λmax= 485 nm Стабильный комплекс апобелка с пероксицелентеразином Obelia longissima Методы иммунодиагностики – основные закономерности и разнообразие

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Определение тиреотропного гормона радиоизотопным и биолюминесцентным методами (стандартные, контрольные и взятые у пациентов сыворотки) Корреляция по определению TSH Корреляция по определению FТ4 Методы иммунодиагностики – основные закономерности и разнообразие 53

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Один из вариантов проведения ДНК-гибридизационного анализа. В качестве метки используют: изотопы, специфические гаптены, ДНК, белки Методы диагностики, основанные на ДНК-гибридизации 54

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Химический синтез олигонуклеотидов Молекула мономера (синтон) Методы диагностики, основанные на ДНК-гибридизации 55

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Использование обелина как репортера в гибридизационном анализе Методы диагностики, основанные на ДНК-гибридизации 56 Отмывки Конъюгат Отмывки Выявление

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Выявления ДНК-матриц МI*(●) и МI (▲) на планшетах DNA-Bind: а – биолюминесцентное; б – колориметрическое (1– через 15 мин; 2 – через 4 часа после внесения субстрата – NPP) Выявление ПЦР-фрагмента ВГС на планшетах DNA-Bind: а – биолюминесцентная метка; б – колориметрическая метка (через 4 часа после внесения субстрата – NPP) Методы диагностики, основанные на ДНК-гибридизации 57 а б а б

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Вариант проведения твердофазного ДНК-гибридизационного анализа. Специфический зонд содержит полиА-последовательность, метка представляет собой химический коньюгат репортерного белка обелина с олигонуклеотидом dТ30 Методы диагностики, основанные на ДНК-гибридизации 58

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Коммерческие инфекционные диагностикумы, производимые в США Методы диагностики, основанные на ДНК-гибридизации 59

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Выявление генов наследственных заболеваний Выявление мутантного гена, ответственного за развитие серповидно-клеточной анемии. Р1-, Р2-праймеры для амплификации; AA – гомозиготность по нормальному β-глобиновому гену, AS – гетерозиготность, SS – гомозиготность по гену анемии Методы диагностики, основанные на ДНК-гибридизации 60

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Определение однобуквенных замен методом ПЦР–ЛОЗ Б – биотин Д – дигоксигенин S – субстрат Р – окрашенный продукт Методы диагностики, основанные на ДНК-гибридизации 61

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Основы молекулярной терапии. Генная терапия Генной терапией называется генетическая инженерия соматических клеток человека, направленная на исправление генетического дефекта, вызывающего заболевание Коррекция специфического заболевания осуществляется путем введения в дефектные соматические клетки нормальных экспрессирующихся генов 62

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Проведение генной терапии ex vivo (А) и in vivo (Б) 63 Основы молекулярной терапии. Генная терапия

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Средством переноса генов, созданного самой природой, являются вирусы А – генетическая карта типичного ретровируса Б – карта ретровирусного вектора 64 Основы молекулярной терапии. Генная терапия

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Схема получения упакованного вирусного вектора 65 Основы молекулярной терапии. Генная терапия

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Лекарственные средства на основе олигонуклеотидов Регулирование гена бактериоферритина (bfr) с помощью антисмысловой РНК Ингибирование трансляции мРНК синтетическим антисмысловым олигонуклеотидом 66 Анти

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний Рибозимы – короткие РНК, обладающие нуклеазной активностью Лекарственные средства на основе олигонуклеотидов 67

Глава 2. Медицинская биотехнология: основы молекулярной терапии и диагностики социально значимых заболеваний 1. R. D. Fleischmann, D. Alland, J. A. Eisen, L. Carpenter, O. White, J. Peterson, R. DeBoy, R. Dodson, M. Gwinn, D. Haft, E. Hickey, J. F. Kolonay, W. C. Nelson, L. A. Umayam, M. Ermolaeva, S. L. Salzberg, A. Delcher, T. Utterback, J. Weidman, H. Khouri, J. Gill, A. Mikula, W. Bishai, W. R. Jacobs, Jr., J. C. Venter, and C. M. Fraser. Whole-genome comparison of Mycobacterium tuberculosis clinical and laboratory strains. Journal of Bacteriology 2002, Vol. 184, No. 19, P. 479–5490. 2. Киселев, Л. Л. Геном человека и биология XXI века / Л. Л. Киселев. Вестник Российской академии наук. – 2000. – Т. 70. – № 5. С. 412–424. 3. Высоцкий, Е. С. Кальций-регулируемые фотопротеины кишечнополостных / Е. С. Высоцкий, С. В. Маркова, Л. А. Франк. Молекулярная биология. – 2006, Т. 40, 410–417. 4. Кнорре, Д. Г. Биологическая химия / Д. Г. Кнорре, С. Д. Мызина. М. : Высш. шк. – 2003. – С. 295–297. 5. Высокочувствительный и быстрый метод выявления ДНК-фрагментов с использованием фотопротеина обелина как репортера / В. В. Борисова, И. А. Пышная, Д. В. Пышный, Л. А. Франк. Биоорг. химия 2008, Т.–34. С. 1–7. 6. Mothershed, E. A. Clinica Chimica Acta / E. A. Mothershed, A. M. Whitney. 2006, V. 363, 206-220. 7. Глик, Б. Молекулярная биотехнология / Б. Глик, Дж. Пастернак. – М. : Мир. – 2002. – 589 с. 8. Shubert, S. Ribozyme- and deoxyribozyme-strategies for medical applications / S. Shubert, J. Kurreck // Curr. Drug Targets, 2004, V. 5, № 8, P. 667–681. 9. Воробьева, М. А. Бинарные рибозимы «головка молотка» / М. А. Воробьева, Н. А. Ковалев, М. А. Зенкова и др. // Вестник ВОГиС, 2006, Т. 10, № 2, С. 321–330. Дополнительная литература Кларк, Д. Молекулярная биология: простой и занимательный подход / Д. Кларк, Л. Рассел. – М. : ЗАО «Компания КОНД», 2004. – 472 с. Библиографический список 68

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 70 Биотехнология растений – это соединение методов культуры клеток и тканей растений с методами молекулярной биологии и техникой рекомбинантных ДНК. Культура растительных клеток и тканей – клетки и ткани высших растений, выращиваемые вне организма на искусственных питательных средах в строго контролируемых условиях, позволяют изучать рост, клеточную дифференцировку и развитие растительного организма, создавать новые клеточные технологии для промышленности и сельского хозяйства Значение и место культуры тканей в биотехнологии растений

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 71 Тотипотентность (лат. Totus – весь, potentia – сила) – свойство клетки реализовать генетическую информацию, обеспечивающую ее дифференцировку и развитие до целого организма Возможность проявления супрессированной in vivo тотипотентности предоставляется в условиях in vitro при выращивании фрагментов тканей, органов или клеток на искусственных питательных средах Тотипотентность растительной клетки

Получение каллусной ткани из различных эксплантов: фрагментов стебля, корня, листа, лепестков, тычинок Особенности каллусных клеток Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 72

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 73 Каллус, образованный в культуре незрелых зародышей ячменя (1, 2) и пшеницы (3) Генетика каллусных клеток

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 74 Морфогенез в каллусных тканях, сформированных в культуре незрелых зародышей ячменя (1–4) и пшеницы (5): 1 – морфогенный каллус; 2 – ризогенез; 3 и 5 – стеблегенез; 4 – стебле- и ризогенез (формирование регенеранта) Варианты морфогенеза каллусной ткани 1 2 3 4 5 Морфогенез в каллусных тканях

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 75 1 2 3 4 IN VIVO IN VITRO Морфологические особенности зиготических (1) и соматических (3) зародышей по сравнению со стеблевыми почками, развивающимися in vivo (2) и in vitro (4) Морфогенез каллусных тканей

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 76 Методы культивирования одиночных клеток: метод плейтинга (от: the plate – чашка) использование ткани-«няньки» использование микрокамеры Джонса Культура отдельных изолированных клеток, или культура одиночных клеток Использование при выращивании одиночных клеток в качестве «няньки» культуры суспензионных клеток: 1 – колонии клеток; 2 – фильтровальная бумага; 3 – алюминиевая сетка; 4 – пенополиуретан; 5 – суспензия клеток

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 77 Требования к составу сред при культивировании протопластов Схема получения и культивирования протопластов из клеток растений Протопласты культивируют в тех же условиях, что и клетки. Среда состоит из осмотического стабилизатора, неорганических соединений, источника углерода, азота, витаминов, фитогормонов. Условия культивирования: рН среды 5,4–5,8, температура 22–28 оС, освещенность невысокая (не более 2000 лк) Культура протопластов

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 78 Требования к составу сред при культивировании протопластов Схема получения и культивирования протопластов из клеток растений Протопласты культивируют в тех же условиях, что и клетки. Среда состоит из осмотического стабилизатора, неорганических соединений, источника углерода, азота, витаминов, фитогормонов. Условия культивирования: рН среды 5,4–5,8, температура 22–28 оС, освещенность невысокая (не более 2000 лк) Культура протопластов

Схема формирования андрогенных эмбриоидов Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 79 Культура протопластов

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 80 Использование токсинов фитопатогенов в отборе форм растений, устойчивых к болезням Выделение солеустойчивых форм растений путем прямой и непрямой селекций в культуре ткани Отбор холодоустойчивых форм растений Получение растений, устойчивых к различным стрессовым факторам

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 81 Отбор на селективных средах может быть прямой и непрямой. Прямая селекция заключается в том, что в питательную среду добавляют в качестве селективных агентов факторы, к которым необходимо получить устойчивые линии – повышенное содержание солей – NaCl, Na2SO4, AlCl3, K2SO4; водный стресс, отсутствие O2; продукты метаболизма фитопатогенов и т. д. Непрямая селекция заключается в получении растений, синтезирующих защитные соединения при этих стрессовых факторах Получение растений, устойчивых к различным стрессовым факторам

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 82 1. Баев, А. А. Биотехнология / А. А. Баев. – М. : Наука, 1984. – 311 с. 2. Бекер, М. Е. Биотехнология / М. Е. Бекер, Г. К. Лиепиньш, Е. П. Райпулис. – М. : Агропромиздат, 1990. – 334 с. 3. Бест, Д. Биотехнология / Д. Бест, Г. Бич. – М. : Агропромиздат. – 1988. – 420 с. 4. Биотехнология растений: культура клеток / под ред. Р. Г. Бутенко. – М. : Агропромиздат, 1989. – 280 с. 5. Биотехнология. Принципы и применение / под ред. И. Хингинса, Д. Беста и Дж. Джонсона. – М. : Мир, 1998. – 480 с. 6. Бутенко, Р. Г. Культура клеток растений и биотехнология / Р. Г. Бутенко. – М. : Наука, 1986. 7. Бутенко, Р. Г. Экспериментальный морфогенез и дифференциация в культуре клеток растений / Р. Г. Бутенко. – М. : Агропромиздат, 1975. – 89 с. 8. Елинов, Н. П. Основы биотехнологии / Елинов Н. П. – СПб : Наука, 1995. – 600 с. Библиографический список

Глава 3. Культура растительных клеток и тканей 83 9. Першина, Л. А. Культивирование изолированных клеток и тканей растений. – Ч. 1 : учеб. пособие / Л. А. Першина. – Новосибирск : Новосиб. гос. ун-т, 2000. – 45 с. 10. Першина, Л. А. Методы культивирования in vitro в биотехнологии растений. Ч. 2 : учеб. пособие / Л. А. Першина. – Новосибирск : Новосиб. гос. ун-т, 2000. – 69 с. 11. Першина, Л. А. Основные методы культивирования in vitro в биотехнологии растений : учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. –Новосибирск : Новосиб. гос. ун-т., 2005. – 142 с. 12. Сельскохозяйственная биотехнология : учебник /под ред. В. С. Шевелухи – М. : Высш. шк. – 2003. – 469 с. 13. Сельскохозяйственная биотехнология. Избранные работы / под ред. Шевелухи В. С. – М. : «Евразия+», 2000. – 264 с. 14. Шевелуха, В. С. Сельскохозяйственная биотехнология / В. С. Шевелуха, С. В. Калашникова, Е. З. Кочиева и др. – М. : Высш. шк. – 1998. – 416 с. Библиографический список

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения 85 Освоение экологически чистых материалов – актуальное направление критических технологий XXI века

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения 86 Производство и «судьба» синтетических пластиков Выпуск

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения 87 Потребности в новых биоматериалах Снизу вверх: cинтетические биоразлагаемые пластики; биоосновные неразлагаемые; биоосновные биоразлагаемые Прогноз развития рынка потребления различных типов пластиков в 2007–2011 годах

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения 88 Особенности цикла пластиков и биопластиков Цикл углерода полимеров, полученных из нефти, и биополимеров: путь возобновляемых ресурсов (белые стрелки); путь ископаемых (невозобновляемых) ресурсов (черные стрелки); путь возобновляемых и невозобновляемых ресурсов (серая стрелка)

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Схема производства, потребления и утилизации биополимеров: 1 – путь от сбора урожая до получения продукта; 2 – путь от сбора урожая до утилизации биополимеров; 3 – путь от сбора урожая до сбора урожая 89 Особенности цикла пластиков и биопластиков

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Мировой рынок разрушаемых биопластиков (конец XX века) 90 Объемы выпуска биопластиков Другие Европа Япония США

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Перспективы роста производства биоразлагаемых полимеров 91 Рост интереса к биопластикам

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения 92 Синтез биопластиков: реалии и перспективы Потенциальный объем рынка биопластиков

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Процесс производства и сферы применения полилактидов Синтез биопластиков: реалии и перспективы 93

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Свойства полилактидов 94 Синтез биопластиков: реалии и перспективы

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Сырье, процесс производства и сферы применения ПГА Синтез биопластиков: реалии и перспективы 95

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Несбалансированный рост, клетки бактерий R.eutropha, аккумулирующие ПГА Синтез биопластиков: реалии и перспективы 96

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Процесс аккумуляции гранул полимера в клетках Синтез биопластиков: реалии и перспективы 97

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Уникальный процесс производства полигидроксиалканоатов на основе бурых углей Разработка институтов КНЦ СО РАН Синтез биопластиков: реалии и перспективы 98

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Основные структуры полигидроксиалканоатов n=1 r = водород – поли(3-гидроксипропионат), r = метил – поли(3-гидроксибутират), r = этил – поли(3-гидроксивалерат), r = пропил – поли(3-гидроксигексаноат), r = пентил – поли(3-гидроксиоктаноат), r = нонил – поли(3-гидроксидодеканоат), n=2 r = водород – поли(4-гидроксибутират), n=3 r = водород – поли(5-гидроксивалерат) 99

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения 100 Процесс производства и сферы применения полилактидов Поли-β-гидроксибутират (ПГБ) Сополимеры гидроксибутирата и гидроксивалерата (ПГБ/ПГВ) Сополимеры гидроксибутирата, гидроксивалерата и гидроксигексаноата (ПГБ/ПГВ/ПГГ) Полимеры различной химической структуры:

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Влияние соотношений мономеров на физико-химические свойства ПГА 101

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения 102 Опытное производство биопластиков Красноярск, Академгородок, Институт биофизики СО РАН

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Экспериметальная полимерная продукция из ПГА 103

Глава 4. Биотехнология новых материалов: биосинтез, свойства, области применения Библиографический список Повестка дня XXI века // www.un.org/russian/conferen/wssd/agenda21/. Источник: European Bioplastics // www.european-bioplastics.org. 3. Kijchavengkul, T. Perspective Compostability of polymers / T. Kijchavengkul, R. Auras. – Polymer International. – 2008 – Vol. 57. – P. 793–804. 4. Stein, R. S. Polymer recycling: opportunities and limitations / R.S. Stein // Proc. Natl. Acad. Sci. – 1992. – V. 89. – P. 835–838. 5. Фомин, В. А. Биоразлагаемые полимеры, состояние и перспективы использования / В. А. Фомин, В. В. Гузеев // Пластические массы. – 2001. – № 2. – С. 42–46. 6. Данные Международной ассоциации и рабочих групп по биоразлагаемым полимерам. 7. Прогноз COPA. 8. Gerngross, T. U. Enzyme-catalyzed synthesis of poly[(R)-(3-hydroxybutyrate]: formation of macroscopic granules in vitro / T. U. Gerngross, D. P. Martin // Proc. Natl. Acad. Sci. – USA. – 1995. V. 92. – P. 6279 – 6283. 9. Волова, Т. Г. Биосинтез на водороде / Т. Г. Волова. – Новосибирск : Наука СО. – 2004. – 397 с. 10. Asrar, J. Biodegradable Polymer (Biopol®) / J. Asrar, K.J. Gruys // In: Series of Biopolymers in 10 vol. (A. Steinbüchel Ed.). Wiley-VCY Verlag GmbH. – 2002. – Vol. 4. – P. 55–86. 11. Lee, S. Y. Bacterial Polyhydroxyalkanoates (Rewiew) / S. Y. Lee //Biotechnol. and Bioengin. – 1996. – V. 49. – P. 1–14. 104

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Принципы выбора методов Сепарация клеток: флотация, фильтрация, центрифугирование Дезинтеграция продуцентов: механическая, химическая, ферментационная. Выделение целевого продукта из культуральной жидкости или гомогената разрушенных клеток методами осаждения, экстракции или адсорбции Методы, используемые для получения чистых продуктов: колоночная хроматография, тонкослойная хроматография, электрофорез Методы выделения и очистки клеточных макромолекул для получения целевого биотехнологического продукта 106

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Типы сепарации биомассы и культуральной жидкости: А – флотация основана на различной смачиваемости частиц (капель) жидкостью (преимущественно водой) и на их избирательном прилипании к поверхности раздела, как правило, жидкость – газ (очень редко твердые частицы – жидкость) Б – фильтрация. В этом методе используется принцип задержки биомассы на пористой фильтрующей перегородке В – центрифугирование – это осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы 107 Общие принципы разделения веществ

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Выделение целевого продукта из культуральной жидкости или гомогената разрушенных клеток проводят путем его осаждения, экстракции или адсорбции Осаждение может быть физическое (нагревание, охлаждение, разбавление, концентрирование) или химическое (с помощью органических и неорганических веществ) Экстракция – процесс избирательного извлечения одного или нескольких растворимых компонентов из твердых тел и растворов с помощью жидкого растворителя-экстрагента Выделение целевого продукта 108

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 109 ТСХ липидов музейного штамма Botryococcus braunii Kutz No LB 807/1 Droop 1950 H-252 (слева) и изолята Botryococcus озера Шира (справа) Система растворителей: гександиэтиловая эфир-уксусная кислота (85:15:1 по объему). С – стандарт; 0 – начало роста; I – 6 суток; II – 13 суток; III – 24 сутки; IV – 38 сутки. 1 – полярные липиды; 2 – диациглицерины; 3 – стерины; 4 – свободные жирные кислоты; 6 – триацилглицерины; 7 – МЭЖК в стандарте; 8 – эфиры стеринов; 9 – углеводороды; X и Х1 – неидентифицированные фракции [3, 22] Выделение целевого продукта

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Методы тонкой очистки и разделения препаратов Ионообменная хроматография : Катионообменная хроматография (схематизировано: изображено поверхностное электростатическое взаимодействие с частицами): а, б – две стадии процесса 110 Смесь с вычетом адсорбированных ионов

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Гель-фильтрация Хроматография на основе «молекулярных сит» (компоненты, размеры которых соответствуют размерам пор или входов в поры адсорбента, задерживаются на колонке): а, б — две стадии процесса 111 Методы тонкой очистки и разделения препаратов

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Аффинная хроматография Показано, что в выемки на частицах геля входят лишь молекулы комплементарной формы: а, б — две стадии процесса 112 Методы тонкой очистки и разделения препаратов

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Современные аналитические методы, используемые для количественных и качественных характеристик целевых продуктов биотехнологии: газожидкостная и высокоэффективная жидкостная хроматографии Что такое хроматография Краткая история хроматографии Основные виды хроматографии Основные закономерности хроматографического разделения: параметры удерживания, параметры хроматографического пика Газовая хроматография: основные уравнения в газовой хроматографии; природа сорбентов; природа газа-носителя; аппаратура для газовой хроматографии Высокоэффективная жидкостная хроматография: классификация; аппаратура; сорбенты; насосы; дозаторы; принципы выбора колонок, элюента; условия хроматографирования; детекторы 113

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Хроматография – физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами – неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную Современные аналитические методы 114

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Адсорбционная хроматография основана на различии сорбируемости разделяемых веществ адсорбентом Распределительная хроматография — на разной растворимости компонентов смеси в неподвижной фазе Ионообменная хроматография — на различии констант ионообменного равновесия между неподвижной фазой и компонентами разделяемой смеси Эксклюзионная (молекулярно-ситовая) хроматография — на разной проницаемости молекул компонентов в неподвижную фазу Осадочная хроматография основана на различной способности разделяемых компонентов выпадать в осадок на твердой неподвижной фазе. В соответствии с агрегатным состоянием элюента различают газовую и жидкостную хроматографию Современные аналитические методы 115

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии tR – время удерживания; tM – время нахождения молекул в элюенте; tR – время нахождения молекул в сорбируемом состоянии или приведенное время удерживания tR = tM + tR’ tR’ = tR – tM Время удерживания и удерживаемый объем VR – удерживаемый объем – это объем элюента, который необходимо пропустить через колонку для элюирования анализируемого соединения Fr – объемная скорость элюента VR = tR . Fr VR’ = (tR – tM) Fr = VR – Vd VR’ – приведенный удерживаемый объем Vd – мертвый объем VN – чистый удерживаемым объемом VN = VR’ .j, где j – поправка, учитывающая перепад давления Параметры удерживания. Современные аналитические методы 116

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 117 Ионная хроматограмма углеводородов музейного штамма Botryococcus braunii Kutz No LB 807/1 Droop 1950 H-252: а – исходный образец; б – после гидрирования [3, 22] Современные аналитические методы a б

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 118 Ионная хроматограмма метиловых эфиров жирных кислот липидов Fontinalis antipyretica. Первая цифра – число атомов углерода в цепи жирных кислот, вторая – число насыщенных связей, третья – положение первой двойной связи с метильного конца. А1-6a,9,12-18:3; А2-6a,9,12,15-18:4; А5-8a,11,14-20:3; А7-8а,11,14,17-20:4 [12] Современные аналитические методы

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Ионная хроматограмма метиловых эфиров жирных кислот липидов Ralstonia еutrophа В5786 до и после гидрирования. Первая цифра – число атомов углерода в цепи жирных кислот, вторая – число насыщенных связей, третья – положение первой двойной связи с метильного конца [11] Современные аналитические методы 119

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 120 Ионные хроматограммы полигидроксиалканоатов, синтезируемые Ralstonia eutrophа. С4 – β-гидроксибутирата; С5 – β-гидроксивалерата; С6 – β-гидроксигексаноата [4, 5] Современные аналитические методы

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 121 Основные понятия масс-спектрометрии Характеристика метода Область применения масс-спектрометрии Краткая история развития метода Масс-спектр и его интерпретация Масс-спектральные приборы Основные методы ионизации соединений Описание ионных источников Масс-анализаторы, принципы работы Детекторы Масс-спектрометрия в биотехнологии. Основные принципы работы масс-спектрометров

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Масс-спектрометрия (масс-спектральный анализ) – метод анализа вещества путем определения массы (чаще, отношения массы к заряду m/z) и относительного количества ионов, получаемых при ионизации исследуемого вещества или уже присутствующих в изучаемой смеси. Совокупность значений m/z и относительных величин токов этих ионов, представленная в виде графика или таблицы, называется масс-спектром вещества. В качестве иллюстрации приведен масс-спектр дисульфидного производного пальмитолеиновой кислоты, выделенной из бактерий Ralstonia eutropha [3, 22] Масс-спектрометрия в биотехнологии 122

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Macс-спектральные приборы Принципиальная схема масс-спектрометра Масс-спектральные приборы состоят из системы ввода пробы (система напуска), ионного источника, разделительного устройства (масс-анализатора), детектора (приемника ионов), вакуумных насосов, обеспечивающих достаточно глубокий вакуум во всей вакуумной системе прибора, и системы управления и обработки данных 123

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Применение масс-спектрометрии Масс-спектрометрию широко применяют в различных областях науки и техники. Большие успехи достигнуты при анализе биологически важных продуктов биотехнологии; показана возможность структурного анализа полисахаридов с молекулярной массой до 15000, белков – до 45000 124

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Применение масс-спектрометрии Созданы следующие приборы: тандемные масс-спектрометры, позволяющие дву-, трех-, четырехкратное и т. д. разделение по массам хромато-масс-спектрометры – одни из наиболее распространенных современных аналитических приборов. В них различные типы газовых, жидкостных или ионных хроматографов (электрофореза) обеспечивают предварительное разделение вещества, а индикацию разделенных веществ и измерение их содержаний осуществляет масс-спектрометр применение лазеров в масс-спектрометрии, применение масс-спектрометрии для диагностики и изучения работы лазеров, масс-спектрометрический контроль работы установок по лазерному разделению изотопов 125

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии Масс-спектры основных диеновых углеводородов изолята Botryococcus озера Шира: а – 29:2; б – 29:3 [3, 22] 126 Масс-спектрометрия в биотехнологии a б

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 127 Масс-спектры метиловых эфиров основных ацетиленовых кислот липидов Fontinalis antipyretica: а – 6a, 9, 12–18:3 (А1); б – 8a, 11, 14–20:3 (А5) и их диметилоксазолиновые производные: в – 6a, 9, 12–18:3 (А1); г – 8a, 11, 14–20:3 (А5). Точками отмечены диагностические фрагменты, молекулярный вес которых отличается на 10 или 12 атомных масс Масс-спектрометрия в биотехнологии a б в г

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 128 Ионные хроматограммы полимеров, выделенных из биомассы Ralstonia eutrophа В5786 с добавкой гептаноата (верх) и добавкой октаноата (зеркально внизу) и масс-спектры соответствующих мономеров – ГБ – β-гидроксибутират с временем удерживания 7.37; ГВ – β-гидроксивалерат – 8.42; ГГ – β-гидроксигексаноат – 9.48; Ггеп – β-гидроксигептаноат – 10.75; ГО – β-гидроксиоктаноат – 11.95 [5] Масс-спектрометрия в биотехнологии

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 1. Айвазов, Б. В. Основы газовой хроматографии : учеб. пособие для хим. специальностей вузов / Б. В. Айвазов. – М. : Высш. шк., 1977. – 183 с. 2. Биотехнология : учеб. пособие для вузов. В 8 кн. Кн. 1. Проблемы и перспективы / под ред. Н. С. Егорова, В. Д. Самуилова. – М. : Высш. шк., 1987. – 159 с. 3. Волова, Т. Г. Специфика состава липидов двух представителей Botryococcus, синтезирующих жидкие углеводороды / Т. Г. Волова, Г. С. Калачева, Н. О. Жила // Физиология растений. – 2003. – Т. 50. – № 5. – С. 1–7. 4. Волова, Т. Г. Синтез сополимеров гидроксибутирата и гидроксивалерата [поли(2ГБ/3ГВ)] бактериями RALSTONIA EUTROPHA / Т. Г. Волова, Г. С. Калачева // Микробиология. – 2005. – Т. 74. – № 1. – С. 1–7. 5. Биосинтез многокомпонентных полигидроксиалканоатов бактериями Wautersia eutropha / Т. Г. Волова, Г. С. Калачева, И. В. Кожевников, А. Штайнбюхель // Микробиология. – 2007. – Т. 76. – № 5. – С. 316–319. 6. Вульфсон, Н. С. Масс-спектрометрия органических соединений / Н. С. Вульфсон, В. Г. Заикин, А. И. Микая. – М. : Химия, 1986. – 312 с. 7. Высокоэффективная газовая хроматография / под ред. К. Хайвер. – Дзержинск : ЗАО НТК «Синтеко», 1997. – 134 с. Библиографический список 129

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 8. Гейсс, Ф. Основы тонкослойной хроматографии (планарная хроматография) / под. ред. В. Г. Березкина. – М. : Мир, 1999. – Т. 1. – 405с. 9. Гейсс, Ф. Основы тонкослойной хроматографии (планарная хроматография) / под. ред. В. Г. Березкина. – М. : Мир, 1999. – Т. 2. – 348 с. 10. Гааль, Э. Электрофорез в разделении биологических макромолекул : пер. с англ. / Э. Гааль, Г. Медьеши, Л. Верецкеи. – М. : Мир, 1982. – 448 с., ил. 11. Основы масс-спектрометрии органических соединений / В. Г. Заикин, А. В. Варламов, А. И. Микая, Н. С. Простаков. – М. : МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. – 286 с. 12. Калачева, Г. С. Состав жирных кислот липидов Wautersia eutropha в условиях активного синтеза полигидроксиалканоатов / Г. С. Калачева, Т. Г. Волова // Микробиология. – 2007. – Т. 76. – № 6. – С. 608–614. 13. Сезонная динамика ацетиленовых кислот липидов мха Fontinalis antipyretica, собранного в реке Енисей. Физиология растений / Г. С. Калачева, Н. Н. Сущик, М. И. Гладышев, О. Н. Махутова. – 2009 (принята в печать). 14. Лебедев, А. Т. Масс-спектрометрия в органической химии. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. – 493 с., ил. – (Методы в химии). 15. Полякова, А. А. Молекулярный масс-спектральный анализ органических соединений / А. А. Полякова. М.: Химия, 1983. – 248 с. 16. Сакодынский, К. И.Аналитическая хроматография / К. И. Сакодынский, В. В. Бражников, С. А. Волков и др. – М. : Химия, 1993. – 464 с. Библиографический список 130

Глава 5. Современные методы исследования целевых продуктов биотехнологии 16. Сапрыкин, Л. В. Высокоэффективная жидкостная хроматография : монография. / Л. В. Сапрыкин ; под ред. В. В. Болотова. – Х. : Оригинал, 2007. – 228 с. 17. Стыскин, Е. Л. Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография / Е. Л. Стыскин, Л. Б. Ициксон, Е. В. Брауде. – М. : Химия, 1986. – 288 с. 18. Сычев, С. Н. Высокоэффективная жидкостная хроматография на микроколоночных хроматографах серии «Милихром»: монография / С. Н.Сычев, К. С. Сычев, В. А. Гаврилина. – Орел : ОрелГТУ, 2002. – 134 с. 19. Чепмен, Дж. Практическая органическая масс-спектрометрия : пер. с англ / Дж. Чемпен. — М. : Мир. – 1988. – 216 с., ил. 20. Шаповалова, Е.Н. Хроматографические методы анализа / Е. Н. Шаповалова, А. В. Пирогов ; отв. ред. О. А. Шпигун. – М. : МГУ, 2007. – 109 с. 21. Шатц, В. Д. Высокоэффективная жидкостная хроматография. Основы теории. Методология. Применение в лекарственной химии / В. Д. Шатц, О. В. Сахартова. – Рига : Зинатне, 1988. – 220 с. 22. Kalacheva, G. S. Lipid and hydrocarbon compositions of a collection and wild sample of the green microalge Botryococcus / G. S. Kalacheva, N. O. Zhila, T. G. Volova // Aquatic Ecology. –2002. – V. 36. – P. 317–330. Библиографический список 131

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 133 Научные основы биоинженерии Специфика биотехнологического производства

Контроль за биотехнологическим процессом Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 134 Научные основы биоинженерии Расход поступающих веществ в биореактор Q Y02 YC02 Q Y02 YC02 V t G n P

Материально-энергетический баланс роста микроорганизмов Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 135 Научные основы биоинженерии γs = 4 + m – 21 γB = 4 + p – 2n – 3q γP = 4 + r – 2s – 3t

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 136 Современное ферментационное оборудование Схема классификации биореакторов 1 – барботажный 2 – эрлифтный 3 – барботажно-лифтный 4 – барботажный с механическим перемешиванием 5 – барботажный с циркуляционным перемешиванием 6 – c циркуляционным перемешиванием 7 – с cамовсасывающей мешалкой 8 – струйные Асептические

1 – корпус; 2 – циркуляционный стакан с рубашкой; 3 – система воздухораспределения; 4 – патрубок для подачи ферментативной среды Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 137 Газлифтные биореакторы

1 – корпус; 2 – струйная насадка (эжектор); 3 – насос; 4 – циркуляционный стакан (труба); 5 – теплообменник; 6 – воздуховод Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 138 Струйные биореакторы

a, б: 1 – корпус; 2 – рубашка; 3 – полый вал с самовсасывающими мешалками; 4 – механический пеногаситель; 5 – циркуляционный стакан в: 1 – корпус; 2 – теплообменник; 3 – мешалка; 4 – опора; 5, 6 – штуцера; 7 – люк-лаз; 8, 9, 10 – коллектора Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 139 Биореакторы с самовсасывающей мешалкой a б г

1– корпус; 2 – контактная труба; 3 – газовый патрубок; 4 – камера для ввода газа; 5 – теплообменная секция; 6 – камера для культивирования; 7 – насос Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 140 Пленочные биореакторы

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 141 Результаты масштабирования биореакторов Расчетные показатели биореакторов

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 142 Биоинженерное оборудование. Роторно-пленочные испарители 1 – корпус; 2 – вращающийся ротор; 3 – привод; 4 – лопасти

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 143 Биоинженерное оборудование. Пленочные испарители 1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3, 4 – контактные трубы

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 144 Биоинженерное оборудование. Центрифуги Осадительная Фильтрующая Инерционная Горизонтальная Трубчатая Шнековая

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 145 Биоинженерное оборудование. Сепараторы Тарельчатый Барабанный Бесприводной

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 146 Биоинженерное оборудование. Сушилки Вальцовая Барабанная Сублимационная Псевдоожиженного слоя

Глава 6. Инженерные основы биотехнологии 147 Библиографический список 1. Минкевич, И. Г. Материально-энергетический баланс и кинетика роста микроорганизмов / И. Г. Минкевич. – Москва-Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»; институт компьютерных исследований, 2005. – 352 с. 2. Войнов, Н. А. Пленочные трубчатые газожидкостные реакторы / Н. А. Войнов, Н. А. Николаев. – Казань : Отечество, 2008. – 272 c. 3. Калунянц, К. А. Оборудование микробиологических производств / К. А. Калунянц, Л. И. Голгер, В. Е. Балашов . – М. : Агропромиздат, 1987. – 398 с. 4. Тутова, Э. Г. Сушка продуктов микробиологического производства / Э. Г. Тутова , П. С. Куц. – М. : Агропромиздат, 1987. – 303 с. 5. Бортников, И.И. Машины и аппараты микробиологических производств / И. И. Бортников, А. М. Босенко. – Мн. : Выш. шк., 1982. – 288 с.