Прокариоты в промышленных технологиях Искусственные генетические системы

Прокариоты в промышленных технологиях. Искусственные генетические системы

Проверка домашнего задания 1) определите место биоэнергетических процессов в общем обмене веществ бактериальной клетки, 2) кратко сформулируйте суть процессов брожения, аэробного и анаэробного дыхания, 3) опишите механизм работы протонной АТФазы.

Развитие науки: XVIII век – классическая физика (Ньютон, Гук, Фарадей и др. ), XIX век – химия (Менделеев, Зелинский…), XX век – атомная физика (Резерфорд, Бор, Энштейн, Курчатов, Ферми…). XXI век – биология (? ? ? Кто ? ? ? )

XXI век – век биологии. Почему? Охрана окружающей среды Решение экологических проблем Биотехнология Получение промышленной продукции с использованием живых организмов

Этапы развития биотехнологии Допастеровский период (до 1865 года) • спиртные напитки (пиво, вино), • молочные продукты (сыры, простоквашу), • другие продукты брожения (уксус). Важно: люди использовали бактерий не имея представления о природе происходящих процессов.

Этапы развития биотехнологии Пастеровский период (1865 -1940 гг) • Промышленное культивирование микроорганизмов для получения продуктов бактериального брожения: этилового и бутилового спиртов, ацетона, глицерина и т. д. • Производство органических кислот (уксусной, лимонной, молочной…) Важно: люди знают о существовании микроорганизмов и имеют представление об их роли в брожении, но по-прежнему используют естественные метаболические пути основного обмена бактерий.

Этапы развития биотехнологии Начало производства антибиотиков (1940 -1960 гг. ) • Промышленное производство антибиотиков (пенициллина, стрептомицина, хлортетрациклина и др. ), • Микробное превращение стероидов (получение кортизона, тестостерона, эстрогена). Важно: активное использование знаний о метаболических путях бактерий, получение продуктов вторичного метаболизма и осуществление высокоспецифичного превращения химических соединений.

Этапы развития биотехнологии Расширение круга микробных продуктов (1960 -1975 гг. ). Этап синтеза аминокислот и ферментов. • Производство аминокислот (L-глутамата, L-лизина). • Получение микробного белка. • Производство ферментов (протеаз, амилаз, глюкоизомераз). • Применение иммобилизованных энзимов Важно: Использование основного метаболизма бактерий. Вмешательство в него: некоторые реакции блокируем, другие – усиливаем. Перенаправление потоков вещества в клетке.

Этапы развития биотехнологии Развитие синтетической биотехнологии (с 1975 г) • Разработка технологии рекомбинантной ДНК (1974 г). • Появление первых рекомбинантных продуктов (вакцины против диареи животных, человеческого инсулина и др. ) Важно: направленное конструирование микроорганизмов с нужными свойствами.

Этапы развития биотехнологии Развитие синтетической биотехнологии (с 1975 г) Отбор лучших происходил и ранее. Но до этого этапа получение бактерии-продуцента с нужными свойствами было основано на выборе перспективных из спектра случайно появившихся. На данном этапе человек направленно изменяет геном бактериальной клетки для получения организма с заданными свойствами. Направленное изменение генотипа (генная инженения) привело к возникновению нового способа оптимизации (с точки зрения человека) метаболизма бактериальной клетки – метаболической инженерии.

Биосинтез глутаминовой кислоты Биотин – кофермент ацетил-Ко. Акарбоксилазы (участвует в биосинтезе жирных кислот) α-кетоглутарат преимущественно направляется не в цикл Кребса, а в глутаматдегидрогеназную реакцию Мутанты с низкой активностью αкетоглутарат дегидрогеназы

Биосинтез глутаминовой кислоты Биотин – кофермент ацетил-Ко. Акарбоксилазы (участвует в биосинтезе жирных кислот) Мутанты с низкой активностью αкетоглутарат дегидрогеназы

Получение рекомбинантного инсулина молекула инсулина

Получение рекомбинантного инсулина • Последовательность ДНК. • Химический синтез генов цепей А и В. • На 5'-конец – метиониновый кодон, на 3'-конец – терминирующий кодон. • Каждый из генов – в отдельную плазмиду (в ген lac. Z), в результате – гены химерных белков. • Плазмиды – в отдельные штаммы E. coli.

Получение рекомбинантного инсулина • Лизис биомассы. • Обработка экстракта бромцианом, расщепляющим белки по остаткам метионина. • Очищенные полипептиды А и В – на рекомбинацию для образования нативной двуцепочечной молекулы инсулина.

Плазмида p. BR 322

Рестрикция ДНК Eco. RI, рестриктаза Липкие концы

Рестрикция ДНК 5’ - липкие концы 3’ - липкие концы тупые концы

Получение рекомбинантного инсулина