Петрова Ирина Валерьевна МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ УЧЕБНИКИ

Петрова Ирина Валерьевна МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ

УЧЕБНИКИ : Т. Маниатис, Э. Фрич, Дж. Сэмбрук «Молекулярное клонирование» , Москва, Мир, 1984 г. Б. Глик, Дж. Пастернак «Молекулярная биотехнология» , Москва, Мир, 2002 г. Щелкунов С. Н. «Генетическая инженерия» , Сибирское университетское издательство, 2004 г.

Биотехнология - наука, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также изучающая возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методами генной инженерии. Карл Эреки, 1917 год.

Генетическая инженерия Конструирование in vitro функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК).

Важной составной частью биотехнологии является генетическая инженерия.

Цель прикладной генетической инженерии Конструирование рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат, придавали бы организму свойства, полезные для человека. Например, биологические реакторы для продукции фармакологически значимых веществ, ДНК-вакцины, генотерапия.

Биотехнология в медицине Антибиотики. Противоопухолевые вещества микробного происхождения: Блеомицин из Streptomyces verticillis – гликопептид, разрывает ДНК опухолевых клеток, нарушает репликацию ДНК и РНК. БАВ, секретируемые сапрофитами, регулируют ферментативные процессы,

Биотехнология в пищевой промышленности Синтез белка. Корова (400 кг) в день 400 гр. Белка 400 кг бактерий – 40 000 тонн. Синтез незаменимых аминокислот (ежегодно 270 000 тонн глутаминовой кислоты). Молочные продукты.

История развития биотехнологии Этап Период времени Достижения ЭМПИРИЧЕСКИЙ 6000 до н. э. Вавилоняне пили пиво 4000 до н. э. Египтяне пекли хлеб 2000 до н. э. На ближнем востоке было известно вино 500 до н. э. Китай: первый антибиотик - соевый творог используют для лечения ожогов 100 до н. э. Китай: первый инсектицид

История развития биотехнологии 1590 г. Дженсон изобрел микроскоп. 1663 г. Британский ученый Роберт Гук открыл существование человеческой клетки. 1675 г. Голландец Энтон ван Левенгук открыл существование бактерий. 1797 г. Британский врач Эдвард Дженнер провёл первую вакцинацию против оспы. 1830 г. Открыт белок. 1833 г. Открыты ферменты.

История развития биотехнологии 1835 – 1855 г. -Шайден и Шванн предположили, что все организмы состоят из клеток. 1857 г. Французский биолог Луи Пастер предположил, что ферментацию вызывают бактерии. 1859 г. Чарльз Дарвин опубликовал книгу "Происхождение видов и естественный отбор", в которой разработана теория эволюции. 1865 г. Австрийский монах Грегор Мендель создал науку генетику (открытие закона наследственности).

История развития биотехнологии Этап Период времени Достижения ЭТИОЛОГИЧЕСКИЙ Конец XIX века Получены этанол, уксусная кислота, бутанол и ацетон (при простых методах брожения). Производилась очистка сточных вод и компостирование твердых отходов (простое брожение с участием групп микроорганизмов).

История развития биотехнологии Этап Период времени БИОТЕХНИЧЕСКИЙ 1900 – 1970 гг. Достижения Для массового культивирования микроорганизмов применяют сложные технические методы для удаления загрязняющих микробов (получение антибиотиков, аминокислот, органических кислот, ферментов, стероидов, полисахаридов, вакцин и моноклональных антител)

История развития биотехнологии 1900 г. Впервые для генетических исследований начали применять мушек дрозофил. 1902 г. Появление термина "иммунология". 1906 г. Появление термина "генетика". 1911 год Открытие вируса. 1919 г. Термин "биотехнология" впервые использован в печати. 1920 г. Открытие гормонов. 1930 г. Конгресс США одобрил закон о патентировании продуктов селекции растений (Plant Patent Act).

1933 г. В США коммерциализованы гибриды кукурузы. 1938 г. Появление термина "молекулярная биология". 1941 г. Датский микробиолог Лост прочитал лекцию в городе Львове (тогда входил в состав Польши) и впервые использовал термин "генетическая инженерия". 1942 г. Начало массового производства пенициллина. (Английский ученый Александр Флеминг открыл пенициллин). 1944 г. Эйвери доказал, что ДНК несет генетическую информацию.

1953 г Американские ученые Джеймс Ватсон и Фрэнсис Крик открыли двойную спираль ДНК. 1958 г. Молекула ДНК впервые синтезирована в лаборатории. 1961 г. USDA зарегистрировали первый биопестицид Bacillus thuringiensis или Bt. 1963 г. Получены новые сорта пшеницы, увеличивающие урожайность на 70 % (автор – Норман Борлау). 1964 г. Начало "Зеленой Революции": Международный Институт Исследований Риса на Филиппинах добился повышения урожайности риса вдвое, что позволило избавиться от голода во многих странах Азии.

1966 г. Впервые получено представление о генетическом коде человека. 1969 г. Впервые синтезирован фермент. 1970 г. Открыты ферменты, позволяющие разрезать молекулу ДНК в нужных местах. 1971 г. Первый успешный синтез гена. 1972 г. Доказано, что генокод человека на 99% аналогичен генокоду горилл и шимпанзе.

История развития биотехнологии Этап Период времени ГЕНОТЕХНИЧЕСКИЙ с 1972 года Достижения Совершенствуют группы промышленных микроорганизмов с целью получения новых биологических свойств.

1976 г. В США первый законодательный акт по работе с рекомбинантной ДНК. 1978 г. Впервые создан рекомбинантный инсулин. Впервые синтезирован гормон роста человека. 1980 г. Впервые выдан патент на клонирование. 1981 г. Создано первое трансгенное животное (мышь). Китайские ученые впервые клонировали рыбу (золотого карпа). 1982 г. Зарегистрировано первое лекарство, полученное методами б/т (FDA): человеческий инсулин, вырабатываемый бактериями. Первая генетическая трансформация растительной клетки: Petunia (расцветка цветков).

1983 г. Первое ГМ растение (табак). 1984 г. Разработана технология применения анализа ДНК для идентификации человека, с 1985 года она используется в работе правоохранительных органов. 1986 г. Создана вакцина (гепатит В) и первое лекарство против рака (интерферон). 1987 г. Первые полевые испытания генетически модифицированных сельскохозяйственных растений (помидор, устойчивый к вирусным заболеваниям). 1990 г. Международный проект по созданию генетической карты человека (Human Genom Project).

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ (БИОТЕХНОЛОГИИ) ОБЕСПЕЧИВАЮТ УПРАВЛЯЕМОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СФЕР ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Области науки, новейшие результаты которых важны для развития биотехнологии Генетическая инженерия Технология рекомбинантных ДНК. Биокатализ Ферменты (выделение, иммобилизация). Целые микробные клетки (иммобилизация, стабилизация). Иммунология Моноклональные антитела. Технология ферментации Производство продуктов. Переработка отходов.

БИОТЕХНОЛОГИЯ производственное использование биологических агентов (микроорганизмы, растительные клетки, животные клетки, части клеток: клеточные мембраны, рибосомы, митохондрии, хлоропласты) для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений. В биотехнологических процессах используются такие биологические макромолекулы как рибонуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), белки - чаще всего ферменты. ДНК или РНК необходима для переноса чужеродных генов в клетки.

Некоторые определения биотехнологии: Применение биологических организмов, систем или процессов к производственным отраслям промышленности. Технология, использующая биологические явления для копирования и производства коммерческих продуктов. Использование живых организмов и их компонентов в производстве продуктов питания, сельскохозяйственных и других промышленных процессах.

Европейская Федерация Биотехнологии «интеграция естественных наук и живых организмов, клеток, их составляющих и их молекулярных аналогов для получения различных полезных продуктов»

В современной биотехнологии выделяют в качестве самостоятельных разделов следующие: Промышленная микробиология; Медицинская биотехнология; Технологическая биоэнергетика; Сельскохозяйственная биотехнология; Биогидрометаллургия; Инженерная энзимология; Клеточная и генетическая инженерия; Экологическая биотехнология.

Задачи биотехнологии сегодня: увеличение ассортимента медицинских препаратов; повышение продуктивности сельскохозяйственных растительных культур и животных; создание новых пород культивируемых в сельском хозяйстве видов; защита окружающей среды и утилизация отходов; создание новых экологически чистых процессов преобразования энергии и получения минеральных ресурсов.

ПРЕИМУЩЕСТВА БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ компактность и одновременно крупномасштабность; высокий уровень механизации и производительности труда; поддаются контролю, регулированию и автоматизации; реализуются в «мягких» условиях, при нормальном давлении, активной реакции и невысоких температурах среды; в меньшей степени загрязняют окружающую среду отходами и побочными продуктами; мало зависят от климатических и погодных условий; не требуют больших земельных площадей; не нуждаются в применении чужеродных для окружающей среды агентов.

Объем продаж биотехнологических продуктов в США, 2009 год Наименование продукта Стоимость, млн. долл. Алкоголь 33000 Сыр 24000 Антибиотики 5500 Диагностические тесты 3000 Фруктозные сиропы 900 Аминокислоты 850 Пекарские дрожжи 640 Витамины 430 Инсулин 400

Биотехнологии в Америке: "Вашингтонский университет" (University of Washington) входит в первую пятерку университетов, получающих средства на исследования из федерального бюджета - 1 млд. долл. в год. "Университет штата Вашингтон" (Washington State University) является одним из ведущих в области разработки с/х программ, ветеринарии, биоэнергетики, высокоурожайных сортов пшеницы, контроля над болезнями. Открыты расширенные программы биохимии, молекулярные и экологические исследования. «Центр раковых исследований им. Фреда Хатчинсона» начал первым операции по пересадке костного мозга и по их количеству занимает первое место в мире. Основное внимание уделяется борьбе с раковыми заболеваниями.

«Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория» занимается разработками в области здоровья человека, экологии, энергетики, также выполняет федеральные заказы. Ее бюджет составляет 500 млн. долл. в год. Компания Immunex, основанная в 1981 г. , является самой большой на Северо-Западе. Разработанный ею препарат Enbrel относится к новому классу лекарств по лечению ревматоидного артрита. Компания Corixa занимается разработкой вакцин против рака груди и других болезней, прежде всего тяжелой формы псориаза. В начале 1999 г. миллиардер Билл Гейтс согласился предоставить компании кредит на 50 млн. долл. на проведение исследовательских работ. Компания Icos выпустила препарат IC 351 - эквивалент Viagra, который, не имеет побочных эффектов. Компания активно разрабатывает препараты против астмы, склероза и инсульта.

Профессор К. Сакагучи, Япония «. . . ищите все, что пожелаете, у микроорганизмов, и они не подведут вас. . . Изучение и применение в промышленности культур клеток млекопитающих и растений, иммобилизация не только одноклеточных, но и клеток многоклеточных организмов, развитие энзимологии, генетической инженерии, вмешательство в сложный и недостаточно изученный наследственный аппарат растений и животных все больше расширят области применения существующих направлений биотехнологии и создадут принципиально новые направления»