- •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
Одержання готових товарних форм препаратів
Всі товарні форми біопрепаратів з погляду технології їхнього одержання можна розділити на три основні групи.
1. Біопрепарати, що мають у товарному продукті як основний компонент життєздатні мікроорганізми. До цієї групи відносяться засоби захисту рослин, бактеріальні добрива, закваски для силосування кормів, біодеграданти, інші активні засоби біотрансформації.
2. Біопрепарати, до складу яких входить інактивована біомаса клітин і продукти її переробки. Це кормові дріжджі, грибний міцелій і т.д.
3. Біопрепарати на основі очищених продуктів метаболізму мікроорганізмів. До них відносяться вітаміни, амінокислоти, ферменти, антибіотики, біоліпіди, полісахариди, продукти комплексної переробки мікробної маси і метаболітів.
Залежно від прийнятих на попередній стадії рішення товарні форми являють собою або складні суміші, які містять певну концентрацію основної речовини, або високоочищений препарат, який відповідає ряду спеціальних вимог.
Продукт може випускатися в рідкому (наприклад рідкий концентрат лізину) або сухому вигляді (білково-вітамінний концентрат, ентомопатогенні препарати, кормовий концентрат лізину). Стадія фасування розглянутих комплексних препаратів визначаються потребами замовника й властивостями продукту (його гігроскопічністю, стійкістю до загнивання й т.д.). Інші вимоги пред'являються до медичних препаратів і біохімічних реактивів.
Лекція № 5. Виробництво мікробіологічного білка
1. Продуценти білка.
2. Субстрати для одержання білка.
Продуценти білка
Виробництво мікробної біомаси – найбільше мікробіологічне виробництво. Мікробна біомаса може бути гарною білковою добавкою для свійських тварин, птахів і риб. Виробництво мікробної біомаси особливо важливо для країн, які не культивують у великих масштабах сою (соєве борошно використовують як традиційну білкову добавку до кормів).
При виборі мікроорганізму враховують питому швидкість росту й вихід біомаси на даному субстраті, стабільність при потоковому культивуванні, величину клітин. Клітини дріжджів більші, ніж бактерій, і легше відокремлюються від рідини при центрифугуванні. Можна вирощувати поліплоїдні мутанти дріжджів з великими клітинами. У наш час відомі тільки дві групи мікроорганізмів, яким властиві властивості, необхідні для великомасштабного промислового виробництва: це дріжджі роду Candida на n-алканах (нормальних вуглеводнях) і бактерії Methylophillus methylotrophus на метанолі.
Мікроорганізми можна вирощувати й на інших поживних середовищах: на газі, нафті, відходах вугільної, хімічної, харчової, вино-горілчаної, деревообробної промисловості. Економічні переваги їхнього використання очевидні. Так, кілограм переробленої мікроорганізмами нафти дає кілограм білка, а, скажемо, кілограм цукру – усього 500 грамів білка. Амінокислотний склад білка дріжджів практично не відрізняється від отриманого з мікроорганізмів, вирощених на звичайних вуглеводних середовищах. Біологічні випробування препаратів із дріжджів, вирощених на вуглеводнях, які проведені й у нас у країні й за рубежем, виявили повну відсутність у них якого-небудь шкідливого впливу на організм піддослідних тварин. Досвіди були проведені на багатьох поколіннях десятків тисяч лабораторних і сільськогосподарських тварин. У не переробленому вигляді дріжджі містять неспецифічні ліпіди й амінокислоти, біогенні аміни, полісахариди й нуклеїнові кислоти, однак їх вплив на організм поки ще погано вивчено. Тому й пропонується виділяти із дріжджів білок у хімічно чистому виді. Відокремлення його від нуклеїнових кислот також уже стало нескладним.
У сучасних біотехнологічних процесах, заснованих на використанні мікроорганізмів, продуцентами білка служать дріжджі, інші гриби, бактерії й мікроскопічні водорості.
З технологічної точки зору найкращими з них є дріжджі. Їхня перевага полягає насамперед в "технологічності": дріжджі легко вирощувати в умовах виробництва. Вони характеризуються високою швидкістю росту, стійкістю до сторонньої мікрофлори, здатні засвоювати будь-які джерела харчування, легко відокремлюються, не забруднюють повітря спорами. Клітини дріжджів містять до 25% сухої речовини. Найцінніший компонент дріжджової біомаси – білок, який за складом амінокислот перевершує білок зерна злакових культур і лише небагато уступає білкам молока й рибного борошна. Біологічна цінність дріжджового білка визначається наявністю значної кількості незамінних амінокислот. За вмістом вітамінів дріжджі перевершують всі білкові корми, у тому числі й рибне борошно. Крім того, дріжджові клітини містять мікроелементи й значну кількість жиру, у якому переважають ненасичені жирні кислоти. При згодовуванні кормових дріжджів коровам підвищуються удої й вміст жиру в молоці, а в хутрових звірів поліпшується якість хутра. Інтерес представляють і дріжджі, які володіють гідролітичними ферментами й здатні рости на полісахаридах без їхнього попереднього гідролізу. Використання таких дріжджів дозволить уникнути дорогої стадії гідролізу полісахаридвмісних відходів. Відомо більше 100 видів дріжджів, які добре ростуть на крохмалі як на єдиному джерелі вуглецю. Серед них особливо виділяються два види, які утворюють як глюкоамілази, так й β-амілази, ростуть на крохмалі з високим економічним коефіцієнтом і можуть не тільки асимілювати, але й зброджувати крохмаль: Schwanniomyces occidentalis й Saccharomycopsis fibuliger. Обидва види – перспективні продуценти білка й амілолітичних ферментів на крохмальвмісних відходах. Ведуться пошуки й таких дріжджів, які могли б розщеплювати нативну целюлозу. Целюлази виявлені в декількох видів, наприклад в Trichosporon pullulans, однак активність цих ферментів низька й про промислове використання таких дріжджів говорити поки не доводиться. Дріжджі з роду Kluyveromyces добре ростуть на інуліні – основній запасній речовині в бульбах топінамбура – важливої кормової культури, що також може бути використана для одержання дріжджового білка.
Останнім часом як продуцентів білка стали використовувати бактерії, які відрізняються високою швидкістю росту й містять у біомасі до 80% білка. Бактерії добре піддаються селекції, що дозволяє одержувати високопродуктивні штами. Їхніми недоліками є важка здатність до осадження, обумовлена малими розмірами клітин, значна чутливість до фагових інфекцій і високим вмістом у біомасі нуклеїнових кислот. Остання обставина несприятлива тільки в тому випадку, якщо передбачається харчове використання продукту. Знижувати вміст нуклеїнових кислот у біомасі, уживаної на корм твариною, немає необхідності, тому що сечова кислота і її солі, які утворюються при руйнуванні азотистих основ, перетворюються в організмі тварин на алантоїн, який легко виділяється із сечею. У людини надлишок солей сечової кислоти може сприяти розвитку ряду захворювань.
Наступну групу продуцентів білка становлять гриби. Вони привертають увагу дослідників завдяки здатності утилізувати найрізноманітнішу за складом органічну сировину: мелясу, молочну сироватку, сік рослин і коренеплодів, лігнін- і целюлозовмісні тверді відходи харчової, деревообробної, гідролізної промисловості. Грибний міцелій багатий білковими речовинами, які за вмістом незамінних амінокислот найближчі до білка сої. Разом з тим білок грибів багатий лізином, основною амінокислотою, якої бракує в білку зернових культур. Це дозволяє на основі зерна й грибної біомаси створювати збалансовані харчові й кормові суміші. Грибні білки мають досить високу біологічну цінність і добре засвоюються організмом.
Позитивним фактором є й волокниста будова вирощеної культури. Це дозволяє імітувати текстуру м'яса, а за допомогою різних добавок – його колір і запах. Зберігають грибний міцелій, як правило, в замороженому вигляді.
Як субстрат грибами використовуються глюкоза й інші поживні речовини, а загальним джерелом азоту служать амоніак й амонійні солі. Після завершення стадії ферментації культуру піддають термообробці для зменшення вмісту РНК, а потім відокремлюють міцелій методом вакуумного фільтрування.
Джерелами білкових речовин можуть служити й водорості. При фототрофному способі харчування й утворенні біомаси вони використовують вуглекислий газ атмосфери. Вирощують водорості, як правило, у поверхневому шарі ставків, де із площі 0,1 га можна одержати стільки ж білка, скільки з 14 га посівів квасолі. Білок водоростей придатний не тільки для кормових, але й харчових цілей.
Нарешті, гарними продуцентами білка є ряскові, які накопичують протеїну до 45% від сухої маси, а також до 45% вуглеводів. Однак, незважаючи на свої малі розміри, вони не належать до перерахованих вище виробників білка (мікроорганізмам), тому що не тільки є багатоклітинними організмами, але й відносяться до вищих рослин.