Введение в биотехнологию История возникновения и развития

Введение в биотехнологию

История возникновения и развития биотехнологии l 1 этап зарождение биотехнологии с древних времен до конца XVIII в. Археологические раскопки показывают, что ряд биотехнологических процессов зародились в древности. На территории древнейших очагов в Месопотамии, Египте сохранились остатки пекарен, пивоваренных заводов, сооруженных 4 6 тысячелетий назад. В 3 тысячелетии до н. э. шумеры изготовляли до двух десятков сортов пива.

l В Древней Греции и Риме широкое распространение получили виноделие и изготовление сыра. В основе пивоварения и виноделия лежит деятельность дрожжевых грибков, сыроделия молочнокислых бактерий, сычужного фермента Получение льняного волокна происходит с разрушением пектиновых веществ микроскопическими грибами и бактериями. Иными словами, зарождение биотехнологии тесно связано с сельским хозяйством, переработкой растениеводческой и животноводческой продукции.

l 2 этап (XIX первая половина XX в. ) становление биотехнологии как науки. Этот этап связан с началом бурного развития биологических наук: генетики, микробиологии, вирусологии, цитологии, физиологии, эмбриологии. На рубеже XIX и XX вв. в ряде стран создаются первые биогазовые установки, в которых отходы животноводства и растениеводства под действием микроорганизмов превращались в биогаз (метан) и удобрение. В конце 40 х годов XX, века, с организацией крупномасштабного производства антибиотиков стала развиваться микробиологическая промышленность.

l Антибиотики нашли широкое применение не только в медицине, но и в сельском хозяйстве для лечения животных и растений, в качестве биодобавок в корма. Были созданы высокоэффективные формы с помощью мутаций. Возникли предприятия, на которых с помощью микроорганизмов производились аминокислоты, витамины, органические кислоты, ферменты. В конце 60 х годов получила развитие технология иммобилизованных ферментов.

l 3 этап (с середины 70 х годов XX века) ознаменовался развитием биотехнологии в различных направлениях с помощью методов генной и клеточной инженерии. Формальной датой рождения современной биотехнологии считается 1972 г. , когда была создана первая рекомбинативная (гибридная) ДНК, путем встраивания в нее чужеродных генов. До этого момента использовались, главным образом, физические и химические мутагены с целью создания форм микроорганизмов, синтезирующих ценные для человека вещества в 5 10 раз интенсивнее, по сравнению с исходными штаммами.

Основные направления ветеринарной биотехнологии l l Повышение эффективности и ускорение селекционного процесса Повышение коэффициента размножаемости самок Сохранение ценных мутантных генов малых популяций генофонда исчезающих животных Получение потомков от бесплодных, но генетически ценных по генотипу животных

Выявление вредных рецессивных мутаций генов и хромосомных аномалий l Повышение устойчивости к заболеваемости l Борьба с болезнями путём замены экспорта и импорта замороженных и законсервированных эмбрионов l Акклиматизация пород иностранного происхождения l Получение монозигот близнецов l Повышение плодовитости коров, путём пересадки половин эмброионов в оба рога матки l

Общая биотехнология: основы и принципы l Сельскохозяйственная биотехнология: методы увеличения продуктивности животных, урожайности растений, использование сырья животного и растительного происхождения в пищевой и медицинской промышленности

Ветеринарная биотехнология: повышение сохранности животных, диагностика и профилактика заболеваний, лечение, создание диагностических средств l

Промышленная биотехнология: технологическая деятельность человека, решение задач по кормовым техническим и пищевым проблемам l Экологическая биотехнология: вопросы охраны окружающей среды и эффективности природопользования, переработки жидких, твёрдых и газооброазных отходов; решает проблемы безотходного производства l

Основные методы биотехнологии: l l l Микробные Растительные Использование животных клеток Клеточный метаболизм Накопление биомассы

Частная биотехнология изучает: l l Технологию приготовления питательных сред, растворов для культивирования микроогранизмов Биотехнологические основы культивирования микроорганизмов Биотехнологические основы изготовления вакцин Биотехнологические основы изготовления гиперимунных сывороток и глобулинов

l l Биотехнологические основы приготовления диагностических препаратов Биотехнологические основы антигенов, бактериофагов, аллергенов, пробиотиков, ферментов, витаминов, иммуноглобулинов, гипериммуных сывороток, диагностических препаратов (АГ, АТ) Контроль качества препаратов Технологические основы приготовления препаратов

Принципы стандартизации, сертификации, повышения качества биологических препаратов l Методы замораживания, сушки производстве биопрепаратов l Изучение и получение новых жизненных форм, использующихся в пищевой и медицинской промышленности l

Микроорганизмы, как специфический элемент биологических систем l Промышленные микроорганизмы – это дрожжи, плесени и актиномицеты (нитевидные бактерии). Сейчас к ним присоединились культуры клеток млекопитающиих и «гибридомы» клетки, созданные путём слияния двух клеточных линий

Дрожжи, классы дрожжей l Аскомицеты l Базидиомицеты l Дейтеромицеты

Аскомицеты l К этому классу относятся дрожжи, у которых структуры, образующиеся при половом разсножении, имеют форму простых сумок (асков) с аскоспорами. Диплоидная дрожжевая клетка претерпевает мейоз и образует от 4 до 8 аскоспор, заключенных в аске. Гаплоидные клетки различного пола сливаются, образуя новый диплоидный организм.

l Такой тип полового размножения используют для проведение генетической гибридизации с целью улучшения штаммов. К этому классу относятся Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces fragilis

Базидиомицеты l Размножаются, образуя внешние половые споры на структуре, называемой базидией, или на промицелии, образующемся из телиоспоры.

Дейтеромицеты l l l Размножаются только почкованием Candida utilis Trichosporon cutaneum Phaffia rhodozyma По типу развития конидии дейтеромицетов относятся к двум группам. Талломные конидии или таллоконидии, включающие артроспоры и алевриоспоры, образуются в результате трансформации элемента мицелия (конидиеносца или гифы). Увеличение в размерах и дифференциация таких конидий происходит после отделения их септой от конидиогенной клетки; таким образом, конидии этого типа развиваются из целой клетки. Артроспоры или артроконидии, как их часто теперь называют, образуются в результате фрагментации конидиеносца или гифы.

Алевриоспоры формируются из отделившейся перегородкой части конидиогенной клетки, разрастающейся и дифференцирующейся в зрелую конидию. Они образуются одиночно на вершине ветвей конидиеносца или гиф и часто имеют крупные размеры и утолщенную клеточную стенку. Иногда они развиваются в коротких цепочках. Второй тип образования конидий — бластический — характеризуется заметным увеличением в размерах зачатка конидии до его отделения перегородкой от конидиогенной клетки. Таким образом, конидии развиваются здесь из части клетки в отличие от конидий первого типа. На основе участия стенки конидиогенной клетки в формировании стенки конидии разграничивают три типа бластогенных конидий. У бластоспор (или бластоконидий) все слои стенки конидиогенной клетки участвуют в образовании стенки конидии. Бластоспора развивается как вздутие конца конидиогенной клетки, затем отшнуровывающееся от нее и отделяющееся перегородкой (этот процесс напоминает почкование у дрожжей). Часто наблюдаются акропетальные цепочки бластоспор, например у видов из рода кладоспориум — Cladosporium. l

В формировании клеточной стенки пороспор (или пороконидий) принимают участие только внутренние слои клеточной стенки конидиогенной клетки. Они образуются путем почкования через поры в стенках конидиеносцев. Пороспоры обычно толстостенные, располагаются по одной на вершине и по бокам конидиеносца. Конидии этого типа известны у представителей рода гельминтоспориум — Helminthosporium и некоторых других гифомицетов. Наконец, при образовании третьего типа бластогенных конидий — фиалоспор (или фиалоконидий) клеточная стенка конидии формируется заново и стенка конидиогенной клетки не участвует в ее возникновении. Фиалоспоры развиваются на фиалидах — конидиогенных клетках, обычно утолщенных у основания и слегка оттянутых в верхней части. Конидии такого типа характерны, например, для грибов из родов акремониум — Acremonium, пеницилл, аспергилл, фузариум и многих других. l

Плесени Нитевидные грибы, эукариоты, у них отсутствует хлорофилл l Классы: Аскомицеты (споры образуются в асках) Базидиомицеты (споры развиваются на концах базидий) Зигомицеты (зигоспоры) l

Актиномицеты l l Относятся к облигатным аэробам Размножение при помощи мицелия