рефераты бесплатно

МЕНЮ


Биотехнология

Биотехнология

Министерство образования Российской Федерации

Сибирский Государственный Технологический Университет

Кафедра Физиологии

РЕФЕРАТ

На тему: Биотехнология.

Выполнил: Студент гр.32-6

Мулява Владимир Валерьевич

Проверила:Сунцова Людмила Николаевна

Красноярск 2001г.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

БИОТЕХНОЛОГИЯ НА СЛУЖБЕ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА, ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И НАУКИ 5

1. Биотехнология и сельское хозяйство 5

Биотехнология и растениеводство 5

Биотехнология и животноводство. 10

2. Технологическая биоэнергетика 11

Получение этанола как топлива. 11

Получение метана и других углеводородов. 12

Получение водорода как топлива будущего. 13

Пути повышения эффективности фотосинтетических систем. 14

Биотопливные элементы. 14

3. Биотехнология и медицина 15

Антибиотики. 15

Гормоны. 17

Интерфероны, интерлейкины, факторы крови. 18

Моноклокальные антитела и ДНК-или РНК-пробы. 19

Рекомбинантные вакцины и вакцины-антигены. 20

Ферменты медицинского назначения. 21

4. Биотехнология и пищевая промышленность 21

5. Биогеотехнология 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

Список используемой литературы. 27

ВВЕДЕНИЕ

С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы,

используемые в различных сферах практической деятельности человека. К ним

относятся хлебопечение, виноделие, приготовление кисло-молочных продуктов и

т. д. Однако биологическая сущность этих процессов была выяснена лишь в XIX

в., благодаря работам Л. Пастера. В первой половине XX в. сфера приложения

биотехнологии пополнилась микробиологическим производством ацетона и

бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.

Немаловажный вклад в биотехнологические разработки внесли советские

исследователи: в СССР в 30-е годы были построены первые заводы по получению

кормовых дрожжей на гидролизатах древесины, сельскохозяйственных отходах и

сульфитных щелоках, под руководством В. Н. Шапошникова успешно внедрена

технология микробиологического производства ацетона и бутанола. Большую

роль в создание основ отечественной биотехнологии внесло учение Шапошникова

о двухфазном характере брожения. В 1926 г. в СССР были исследованы

биоэнергетические закономерности окисления углеводородов микроорганизмами.

В последующие годы биотехнологические разработки широко использовались в

нашей стране для расширения «ассортимента» антибиотиков для медицины и

животноводства, ферментов, витаминов, ростовых веществ, пестицидов.

С момента создания в 1963 г. Всесоюзного научно-исследовательского

института биосинтеза белковых веществ в нашей стране налаживается

крупнотоннажное производство богатой белками биомассы микроорганизмов как

корма. В 1966 г. микробиологическая промышленность была выделена в

отдельную отрасль (Главное управление микробиологической промышленности при

Совете Министров СССР — Главмикробиопром). Имеются ценные разработки по

получению новых источников энергии биотехнологическим путем

(технологическая биоэнергетика), отметим большое значение биогаза -

заменителя топлива, получаемого из недр земли.

Значительные успехи, достигнутые во второй половине XX в. в фундаментальных

исследованиях в области биохимии, биоорганической химии и молекулярной

биологии, создали предпосылки для управления элементарными механизмами

жизнедеятельности клетки, что явилось мощным импульсом для развития

биотехнологии. Выяснение роли нуклеиновых кислот в передаче наследственной

информации, расшифровка генетического кода, раскрытие механизма индукции и

репрессии генов, совершенствование технологии культивирования

микроорганизмов, клеток и тканей растений и животных позволили разработать

методы

генетической и клеточной инженерии, с помощью которых можно искусственно

создавать новые формы высокопродуктивных организмов. Генетическая и

клеточная инженерия рассматривается как принципиально новое направление

биологической науки, которое сегодня ставят в один ряд с расщеплением

атома, преодолением земного притяжения и созданием средств электроники (Ю.

А. Овчинников, 1985).

В разработку генноинженерных методов советские исследователи включились в

1972 г. Следует указать на успешное осуществление проекта «Ревертаза» —

получение в промышленных масштабах обратной транскриптазы в СССР.

С 1970 г. в нашей стране ведутся интенсивные исследования по селекции

культур для непрерывного культивирования в промышленных целях.

Развитие методов для изучения структуры белков, выяснение механизмов

функционирования и регуляции активности ферментов открыли путь к

направленной модификации белков и привели к рождению инженерной

энзимологии. Иммобилизованные ферменты, обладающие высокой стабильностью,

становятся мощным инструментом для осуществления каталитических реакций в

различных отраслях промышленности.

Все эти достижения поставили биотехнологию на новый уровень, качественно

отличающийся от прежнего возможностью сознательно управлять клеточными

процессами. В современном звучании биотехнология — это промышленное

использование биологических процессов и агентов на основе получения

высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и

животных с заданными свойствами.

Биотехнология — междисциплинарная область научно-технического прогресса,

возникшая на стыке биологических, химических и технических наук.

Биотехнологический процесс включает ряд этапов: подготовку объекта, его

культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов.

Многоэтапность процесса обусловливает необходимость привлечения к его

осуществлению самых различных специалистов: генетиков и молекулярных

биологов, биохимиков и биооргаников, вирусологов, микробиологов и клеточных

физиологов, инженеров-технологов, конструкторов биотехнологического

оборудования и др.

В Комплексной программе научно-технического прогресса стран — членов СЭВ в

качестве первоочередных задач биотехнологии определены создание и широкое

народнохозяйственное освоение:

— новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для

медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста человека, моноклональных

антител и т.д.), позволяющих осуществить в здравоохранении раннюю

диагностику и лечение тяжелых заболеваний — сердечно-сосудистых,

злокачественных, наследственных, инфекционных, в том числе вирусных;

— микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей,

бактериальных удобрений и регуляторов роста растений; новых

высокопродуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды

сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, полученных методами

генетической и клеточной инженерии;

— ценных кормовых добавок и биологически активных веществ (кормового белка,

аминокислот, ферментов, витаминов, ветеринарных препаратов и др.) для

повышения продуктивности животноводства; новых методов биоинженерии для

эффективной профилактики, диагностики и терапии основных болезней

сельскохозяйственных животных;

— новых технологий получения хозяйственно ценных продуктов для

использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях

промышленности;

— технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных,

промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газовоздушных

выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.

По оценкам специалистов, мировой рынок биотехнологической продукции уже к

середине 90-х годов достигнет уровня 130—150 млрд. руб. (Ю. А. Овчинников,

1985).

На пути решения поставленных задач биотехнологию подстерегают немалые

трудности, связанные с исключительной сложностью организации живого. Любой

биообъект — это целостная система, в которой нельзя изменить ни один из

элементов, не меняя остальных, нельзя произвольно перекомбинировать их,

придавая организму то или иное желаемое свойство, например бактерии —

способность к сверхсинтезу требуемой аминокислоты, сельскохозяйственному

растению — устойчивость к фитопатоген-ным грибкам. Любое воздействие на

объект вызывает не только желаемые, но и побочные эффекты; перестройка

генома сказывается сразу на многих признаках организма. У человека

существуют гены, отвечающие за злокачественное перерождение клеток.

Высказывалось немало идей о необходимости превентивных генетических

операций, пока не было установлено, что эти гены необходимы и для

нормального роста. Помимо этого, экосистема также представляет собой

целостную систему и изменения каждого из ее компонентов сказываются на

остальных компонентах. Не исключено, что плазмида, с помощью которой

трансплантирован желаемый ген культурному растению, будет далее

передаваться сорнякам. Не будет ли в результате генных манипуляций

превращаться в сорняк само культурное растение?

Успехи, достигнутые в области генетической и клеточной инженерии на

простейших биологических системах, прокариотных организмах, вселяют

уверенность в преодолимость рассмотренных трудностей. Что касается более

сложных систем, а именно эукариотных организмов, то здесь делаются лишь

первые шаги, идет накопление фундаментальных знаний.

БИОТЕХНОЛОГИЯ НА СЛУЖБЕ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА, ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И НАУКИ

Биотехнологические разработки могут внести немаловажный вклад в решение

комплексных проблем народного хозяйства, здравоохранения и науки.

Для удовлетворения пищевых потребностей необходимо увеличить эффективность

растениеводства и животноводства. Именно на это, в первую очередь, нацелены

усилия биотехнологов. Кроме того, биотехнология предлагает как источник

кормового (возможно, и пищевого) белка клеточную массу бактерий, грибов и

водорослей.

Во-вторых, повышение цен на традиционные источники энергии (нефть,

природный газ, уголь) и угроза исчерпания их запасов побудили человечество

обратиться к альтернативным путям получения энергии. Биотехнология может

дать ценные возобновляемые энергетические источники: спирты, биогенные

углеводороды, водород. Эти экологически чистые виды топлива можно получать

путем биоконверсии отходов промышленного и сельскохозяйственного

производства.

В-третьих, уже в наши дни биотехнология оказывает реальную помощь

здравоохранению. Нет сомнений в терапевтической ценности инсулина, гормона

роста, интерферонов, факторов свертывания крови и иммунной системы,

тромболитических ферментов, изготовленных биотехнологическим путем. Помимо

получе ния лечебных средств, биотехнология позволяет проводить раннюю

диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований на

основе применения препаратов антигенов, моноклональных антител, ДНК/РНК-

проб. С помощью новых вакцинных препаратов возможно предупреждение

инфекционных болезней.

В-четвертых, биотехнология может резко ограничить масштабы загрязнения

нашей планеты промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами,

токсичными компонентами автомобильных выхлопов и т. д. Современные

разработки нацелены

на создание безотходных технологий, на получение легко разрушаемых

полимеров (в частности, биогенного происхождения: поли-?-оксибутирата,

полиамилозы) и поиск новых активных микроорганизмов-разрушителей полимеров

(полиэтилена, полипропилена, полихлорвинила). Усилия биотехнологов

направлены также на борьбу с пестицидными загрязнениями — следствием

неумеренного и нерационального применения ядохимикатов.

Биотехнологические разработки играют важную роль в добыче и переработке

полезных ископаемых, получении различных препаратов и создании новой

аппаратуры для аналитических целей.

1. Биотехнология и сельское хозяйство

Биотехнология и растениеводство

Культурные растения страдают от сорняков, грызунов, насекомых-вредителей,

нематод, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов, неблагоприятных погодных

и климатических условий. Перечисленные факторы наряду с почвенной эрозией и

градом значительно снижают урожайность сельскохозяйственных растений.

Известно, какие разрушительные последствия в картофелеводстве вызывает

колорадский жук, а также гриб Phytophtora — возбудитель ранней гнили

(фитофтороза) картофеля. Кукуруза подвержена опустошительным «набегам»

южной листовой гнили, ущерб от которой в США в 1970 г. был оценен в 1 млрд.

долларов.

В последние годы большое внимание уделяют вирусным заболеваниям растений.

Наряду с болезнями, оставляющими видимые следы на культурных растениях

(мозаичная болезнь табака и хлопчатника, зимняя болезнь томатов), вирусы

вызывают скрытые инфекционные процессы, значительно снижающие урожайность

сельскохозяйственных культур и ведущие к их вырождению.

Биотехнологические пути защиты растений от рассмотренных вредоносных

агентов включают: 1) выведение сортов растений, устойчивых к

неблагоприятным факторам; 2) химические средства борьбы (пестициды) с

сорняками (гербициды), грызунами (ратициды), насекомыми (инсектициды),

нематодами (нематоциды), фитопатогенными грибами (фунгициды), бактериями,

вирусами; 3) биологические средства борьбы с вредителями, использование их

естественных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых

живыми организмами.

Наряду с защитой растений ставится задача повышения продуктивности

сельскохозяйственных культур, их пищевой (кормовой) ценности, задача

создания сортов растений, растущих на засоленных почвах, в засушливых и

заболоченных районах. Разработки нацелены на повышение энергетической

эффективности различных процессов в растительных тканях, начиная от

поглощения кванта света и кончая ассимиляцией СО2 и водно-солевым обменом.

Выведение новых сортов растений. Традиционные подходы к выведению новых

сортов растений — это селекция на основе гибридизации, спонтанных и

индуцированных мутаций. Методы селекции не столь отдаленного будущего

включают генетическую и клеточную инженерию.

Генетическую инженерию предлагают использовать для выведения

азотфиксирующих растений. В природных условиях азотфиксирующие клубеньковые

бактерии, представители рода Rhizobium, вступают в симбиоз с бобовыми.

Комплекс генов азотфиксации (nif) из этих или иных бактерий предлагают

включить в геном злаковых культур. Трудности связаны с поиском подходящего

вектора, поскольку широко используемые для подобных целей Agrobacterium с

плазмидами Ti и Ri не заселяют злаки. Планируют модификацию генома

Agrobacterium, чтобы бактерия могла вступать в симбиоз со злаками и

передавать им генетическую информацию. Другим решением проблемы могла бы

быть трансформация растительных протопластов посредством ДНК. К компетенции

клеточной инженерии относят создание новых азотфиксирующих симбиотических

ассоциаций «растение — микроорганизм».

В настоящее время выделены и клонированы гены sym, отвечающие за

установление симбиотических отношений между клубеньковыми азотфиксаторами и

растением-хозяином. Путем переноса этих генов в свободноживущие

азотфиксирующие бактерии (Klebsiella, Azotobacter) представляется возможным

заставить их вступить в симбиоз с ценными сельскохозяйственными культурами.

Методами генетической инженерии предполагают также повысить уровень

обогащения почвы азотом, амплифици-руя гены азотфиксации у Klebsiella и

Azotobacter.

Разрабатываются подходы к межвидовому переносу генов asm, обусловливающих

устойчивость растений к нехватке влаги, жаре, холоду, засоленности почвы.

Перспективы повышения эффективности биоконверсии энергии света связаны с

модификацией генов, отвечающих за световые и темновые стадии этого

процесса, в первую очередь генов cfx, регулирующих фиксацию СО2 растением.

В этой связи представляют большой интерес

разработки по межвидовому переносу генов, кодирующих хлорофилл а/b-

связывающий белок и малую субъединицу рибулозо-бис-фосфаткарбоксилазы —

ключевого фермента в фотосинтетической фиксации СО2.

Гены устойчивости к некоторым гербицидам, выделенные из бактерий и дрожжей,

были успешно перенесены в растения табака. Разведение устойчивых к

гербицидам растений открывает возможность их применения для уничтожения

сорняков непосредственно на угодьях, занятых сельскохозяйственными

культурами. Проблема состоит, однако, в том, что массивные дозы гербицидов

могут оказаться вредными для природных экосистем.

Некоторые культурные растения сильно страдают от нематод. Обсуждается

проект введения в растения новых генов, обусловливающих биосинтез и

выделение нематоцидов корневыми клетками. Важно, чтобы эти нематоциды не

проявляли токсичности по отношению к полезной прикорневой микрофлоре.

Возможно также создание почвенных ассоциаций «растение — бактерия» или

«растение — гриб (микориза)» так, чтобы бактериальный (грибной) компонент

ассоциации отвечал за выделение нематоцидов.

Важное место в выведении новых сортов растений занимает метод

культивирования растительных клеток in vitro. Регенерируемая из таких

клеток «молодая поросль» состоит из идентичных по генофонду экземпляров,

сохраняющих ценные качества избранного клеточного клона. В Австралии из

культивируемых in vitro клеточных клонов выращивают красные камедные

деревья (австралийские эвкалипты), отличающиеся способностью расти на

засоленных почвах. Предполагается, что корни этих растений будут выкачивать

воду из таких почв и тем самым понижать уровень грунтовых вод. Это приведет

к снижению засоленности поверхностных слоев почвы в результате переноса

минеральных солей в более глубокие слои с потоками дождевой воды. В

Малайзии из клеточного клона получена масличная пальма с повышенной

устойчивостью к фитопатогенам и увеличенной способностью к образованию

масла (прирост на 20—30%). Клонирование клеток с последующим их скринингом

и регенерацией растений из отобранных клонов рассматривают как важный метод

сохранения и улучшения древесных пород умеренных широт, в частности хвойных

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.