- •Лекція № 1. Основні напрями розвитку біотехнології
- •Біоенергетика
- •Біотехнологія обробки стоків і контроль забруднення води важкими металами
- •Сільськогосподарська біотехнологія
- •Біогеотехнологія
- •Біоелектроніка
- •Біотехнологія в медицині
- •Біотехнології в харчовій промисловості
- •Біотехнологія молочних продуктів
- •Виробництво спиртів і поліолів
- •Виробництво вторинних метаболітів
- •Біотрансформація
- •Виробництво ферментів
- •Виробництво амінокислот, органічних кислот, вітамінів
- •Біоконверсія лігноцелюлозних об'єктів
- •Використання грибів у біотехнології
- •Найпростіші в біотехнології
- •Водорості
- •Рослини в біотехнології
- •Стадії біотехнологічного виробництва
- •Технологія виготовлення поживного середовища для біосинтезу
- •Підтримка чистоти культури
- •Ферментація, будова ферментера
- •Загальні принципи розділення речовин
- •Одержання готових товарних форм препаратів
- •Субстрати для культивування мікроорганізмів з метою одержання білка
- •Лекція № 6. Технологія одержання мікробних ліпідів
- •Мікроорганізми – продуценти ліпідів
- •Лекція № 7. Технологія одержання ферментних препаратів
- •Глибинний метод виробництва ферментів
- •Виробництво ферментів при поверхневому культивуванні продуцентів
- •Іммобілізація ферментів
- •Класифікація носіїв для ферментів
- •Методи іммобілізації ферментів
- •Застосування іммобілізованих ферментів
- •Іммобілізація клітин
- •Ентомопатогенні препарати грибів
- •Вірусні ентомопатогенні препарати
- •Бактеріальні добрива на основі бульбочкових бактерій
- •Виробництво азотобактерину
- •Бактеріальне добриво фосфобактерин
- •Антибіотики для сільського господарства
- •Лекція № 9. Культура клітин рослин
- •Сфери застосування культур рослинних клітин
- •Культури клітин вищих рослин. Історія методу
- •Морфофізіологічні характеристика каллусних тканин
- •Фактори, що впливають на морфогенез in vitro
- •Генетичні механізми, що обумовлюють диференціювання клітин у культурі
- •Суспензійні культури
- •Методики культивування одиночних рослинних клітин
- •Необхідність іммобілізації рослинних клітин, методи
- •Фізіологічні основи переваги іммобілізованих рослинних клітин перед традиційними способами культивування
- •1. Клітини, іммобілізовані в або на інертному субстраті, утворюють біомасу набагато повільніше, ніж зростаючі в рідких суспензійних культурах.
- •2. Крім повільного росту іммобілізація клітин дозволяє їм рости в тісному фізичному контакті одине з одним, що сприятливо позначається на хімічних контактах.
- •Системи культивування іммобілізованих клітин
- •Застосування ізольованих протопластів
- •Способи отримання і культивування протопластів
- •Способи культивування протопластів
- •Злиття протопластів (парасексуальная гібридизація)
- •Види соматичних гібридів
- •Конструювання клітин
- •Клітинна селекція. Методи клітинної селекції
- •Генетичні основи застосування культури клітин в селекційних цілях
- •Типи клітинних культур, які використовуються в селекції
- •Переваги клітинної селекції перед традиційними селекційними методами
- •Мікроклональне розмноження і оздоровлення рослин
- •Фактори, впливають на процес клонального мікророзмноження
- •Етапи мікроклонального розмноження рослин
- •Методи клонального мікророзмноження
- •Оздоровлення посадкового матеріалу від вірусів методами хіміотерапії і термотерапії
- •Створення штучних асоціацій клітин вищих рослин
- •Підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин
- •Ендосимбіотичні асоціації
- •Екзосимбіотичні асоціації з водоростями, грибами, азотфіксаторами
- •Методи збереження генофонду. Методика кріоконсервації, способи уповільнення росту
- •Безклітинні системи в біотехнології. Мембрани хлоропластів
- •Одержання фотогальванічних елементів з використанням бактеріальних мембран
- •Безклітинні білоксинтезуючі системи (ббсс)
- •Лекція № 10. Біотехнологія одержання культури тваринних клітин і тканин
- •Культивування клітин. Історія методу
- •Введення клітин у культуру, їхнє походження
- •Характеристика клітин, що культивуються in vitro
- •Поживні середовища й умови культивування
- •Системи культивування клітин
- •Використання культури клітин людини
- •Культивування клітин і тканин безхребетних
- •Культивування органів
- •Гібридизація тваринних клітин. Історія методу
- •Методи створення експериментальних химер
- •1. Агрегаційний – був запропонований практично одночасно й незалежно один від одного Тарковським у Варшаві та Мінц у Філадельфії (1961-1962 р.).
- •2. Ін’єкційний – був розроблений р. Гарднером у 1968 р.
- •Механізм злиття клітин
- •Моноклональні антитіла. Функціональна структура антитіл
- •Одержання моноклональних антитіл
- •Методи аналізу: імуноферментний (іфа), імунолюмінесцентний, імунорадіологічний
- •Радіоактивні мітки
- •Застосування моноклональних антитіл
- •Клонування тваринних клітин. Історія клонування
- •Методи трансплантації ядер
- •Клонування ссавців. Історія клонування
- •Регулювання відтворення сільськогосподарських тварин
- •Суперовуляція
- •Аеробне очищення стічних вод
- •Анаеробні системи очищення
- •Показники забруднення стічних вод
- •Перелік питань які виносяться на підсумковий контроль
- •Література
Біотехнологія обробки стоків і контроль забруднення води важкими металами
Розвиток промисловості веде до утворення великої кількості відходів, у тому числі відходів, що містять нові антропогенні компоненти. Методами біотехнології ці відходи можуть бути перероблені в корисні або нешкідливі продукти.
Побутові відходи діляться на 2 групи: тверді відходи й стічні води.
Тверді побутові відходи складаються із целюлозовмісних матеріалів (до 40 % паперу, 2,5% дерева, 8% текстилю) і харчових відходів (40%). Найбільш економічна й радикальна переробка їх метановим бродінням з утворенням біогазу.
Стічні води, як правило, містять складну суміш нерозчинних і розчинних компонентів різної природи й концентрації. Побутові відходи, як правило, містять ґрунтову й кишкову мікрофлору, включаючи патогенні мікроорганізми.
Стічні води цукрових, крохмальних, пивних і дріжджових заводів, м'ясокомбінатів містять у великих кількостях вуглеводи, білки й жири, які є джерелами поживних речовин й енергії.
Стоки хімічних і металургійних виробництв можуть містити значну кількість токсичних і навіть вибухових речовин. Серйозне забруднення виникає при попаданні в навколишнє середовище сполук важких металів, таких як залізо, мідь, олово й ін.
Мета очищення стічних вод – видалення розчинних і нерозчинних компонентів, елімінування патогенних мікроорганізмів і проведення детоксикації таким чином, щоб компоненти стоків не шкодили людині, не забруднювали водойми.
Бактерії роду Pseudomonas практично всеїдні. Наприклад, P. Putida можуть утилізувати нафталін, толуол, алкани, камфору й ін. сполуки. Виділено чисті культури мікроорганізмів, здатні розкладати специфічні фенольні сполуки, компоненти нафти в забруднених водах і т.д. Мікроорганізми роду Pseudomonas можуть утилізувати й незвичайні хімічні сполуки – інсектициди, гербіциди й інші ксенобіотики. Генетично сконструйовані штами мікроорганізмів у майбутньому зможуть вирішити проблему очищення стічних вод і ґрунтів, забруднених пестицидами й іншими антропогенними речовинами. Пестициди надходять у навколишнє середовище після обробки сільськогосподарських культур. Більшість із них розщеплюються бактеріями й грибами. Найкраще біодеградація пестицидів вдається, якщо мікроорганізми діють спільно, у хімічних реакціях сполученого метаболізму. При цьому вже на першій стадії мікробної трансформації токсичність більшості пестицидів втрачається, що дозволяє розробляти відносно прості біотехнологічні методи боротьби з ними. Первинний гідроліз пестицидів можна проводити й за допомогою ферментів, таких як гідролази, естерази, фосфоестерази, ациламідази. Пестициди зі стічних вод можна видаляти, використовуючи іммобілізовані форми цих ферментів.
Біологічні методи також можна використовувати для очищення стічних вод нафтової промисловості. Для цього застосовують аеруємі системи біоочищення з активним мулом, який містить адаптовані до компонентів нафти мікроорганізми. Швидкість деградації залежить від якісного складу й концентрації вуглеводнів, а також температури й ступеня аерації середовища. Найбільш ефективно біодеградація здійснюється, коли нафта емульгована у воді.
В інституті прикладної біохімії й машинобудування Росії розроблений препарат – біодеградант нафти й нафтопродуктів. Він дозволяє утилізувати як сиру нафту, так і різні нафтопродукти: мазут, дизельне паливо, бензин, гас, ароматичні вуглеводні. Мікроорганізми здатні ефективно окисляти широкий спектр вуглеводнів нафти, у тому числі й ароматичні вуглеводні, у широкому діапазоні температур (8 – 35°С) і кислотності середовища (рН 3,5 – 10,0) з оптимумом 6,5 – 7,5. Біопрепарат працює при високому рівні забруднення до 20%, з високим змістом важких аліфатичних й ароматичних вуглеводнів.
Перевагою даного препарату є те, що в сухій формі його одержують за новою технологією розпилювального сушіння, що забезпечує його низьку собівартість при збереженні високої активності (концентрація клітин у препараті 1010 кл/г). Виробництво й застосування біопрепарату вигідно відрізняється порівняно низькими собівартістю й енерговитратами, легким транспортуванням, відсутністю вторинних відходів, екологічною безпекою, пов'язаною зі здатністю розкладати вуглеводні нафти на екологічно нейтральні сполуки.
Азотовмісні сполуки (білки, амінокислоти, сечовина) можуть бути вилучені в біологічному процесі денітрифікації-нітрифікації. Біологічне видалення азоту й фосфору, які є причинами евтрофікації (заростання озер мікроводоростями, які бурхливо розмножуються, потім відмирають, даючи їжу аеробним бактеріям, які споживають кисень, що приводить до замору риби) озер і каналів, перебуває в стадії експериментів.
Важкі метали ускладнюють біологічні процеси очищення стоків і негативно впливають на флору й фауну. Природні штами мікроорганізмів не можуть бути використані для нагромадження цих металів у силу їх високої токсичності. Однак, є білок вищих організмів – металотіонеїн, який активно зв'язує різні важкі метали. Ген, що кодує синтез мишачого металотіонеїну, клонований у бактеріях. Це відкриває можливість одержання білка в великих кількостях з використанням іммобілізованих бактерій і його використання для зв'язування й екстракції важких металів.