Генная инженерия
<<  Молекулярно-генетические основы генетической инженерии Препараты получаемые методами биотехнологии  >>
Молекулярная биотехнология
Молекулярная биотехнология
Нанобиотехнология
Нанобиотехнология
Геномика
Геномика
Вершина современной геномики - определение последовательности
Вершина современной геномики - определение последовательности
Биоинформатика
Биоинформатика
разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной
разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной
фармакогеномика - наука, позволяющая решить проблему лекарственной
фармакогеномика - наука, позволяющая решить проблему лекарственной
ПЦР Диагностические ДНК-поля содержат до 10 тыс
ПЦР Диагностические ДНК-поля содержат до 10 тыс
Протеомика
Протеомика
Метаболомика: теоретические исследования метаболизма клетки
Метаболомика: теоретические исследования метаболизма клетки
Прикладные аспекты метаболомики: область исследований по реконструкции
Прикладные аспекты метаболомики: область исследований по реконструкции
Методы исследований: метаболомика - использует высокочастотные
Методы исследований: метаболомика - использует высокочастотные
Ионно-циклотронный резонанс
Ионно-циклотронный резонанс
ПО для моделирования и исследований метаболизма В ИМГ РАН был создан
ПО для моделирования и исследований метаболизма В ИМГ РАН был создан
Расчет оптимального соотношения количеств разных ферментов в ПФС, при
Расчет оптимального соотношения количеств разных ферментов в ПФС, при
Применение метаболомики на практике
Применение метаболомики на практике
Повышение эффективности экстракорпорального оплодотворения
Повышение эффективности экстракорпорального оплодотворения
Атомно-силовая микроскопия
Атомно-силовая микроскопия

Презентация на тему: «Молекулярная биотехнология». Автор: Наше Величество. Файл: «Молекулярная биотехнология.ppsx». Размер zip-архива: 125 КБ.

Молекулярная биотехнология

содержание презентации «Молекулярная биотехнология.ppsx»
СлайдТекст
1 Молекулярная биотехнология

Молекулярная биотехнология

Молекулярная биология Микробиология Биохимия Генетика Химическая инженерия Клеточная инженерия

Технология рекомбинантных ДНК – прямой путь оптимизации биотрансформации промышленная биотехнология

2 Нанобиотехнология

Нанобиотехнология

из концепции развития РФ в области нанотехнологий до 2010 Нанотехнология – совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба; Наноматериалы – материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками; Наносистемная техника – полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям; Наноиндустрия – вид деятельности по созданию продукции на основе нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники Из перечня критических технологий РФ Приоритетное направление: «Индустрия наноситем и материалов» Нанотехнологии и наноматериалы; Технологии механотроники и создания микросистемной техники; Технологии создания биосовместимых материалов; Технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов; Технологии создания и обработки кристаллических материалов; Технологии создания и обработке полимеров и эластомеров; Технологии создания мембран и каталитических систем

3 Геномика

Геномика

Геномика - направление современной молекулярной биологии, основными задачами которого являются секвенирование геномов (т.е. определение нуклеотидной последовательности суммарного набора молекул ДНК клетки какого-либо организма), их картирование (т.е. идентификация генов и локализация места их расположения на хромосоме) и сравнительный анализ структур геномов разных организмов. "Геном человека« - 3 млрд $ определена последовательность всех нуклеотидов в геноме человека с точностью до 0,01 % достижения определена полная структура геномов более чем 100 микроорганизмов, основную часть которых составляют патогены, что необходимо для идентификации генов связанных с вирулентностью и подбора генов (или их продуктов) - мишеней для лекарств. исследованы геномы многих простых организмов, установлена нуклеотидная последовательность ДНК архебактерий, находящихся в лестнице эволюционного развития между эукариотами (клеточными организмам) и прокариотами (бактериями). определено полное строение генома пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae, первого одноклеточного эукариотического организма). первый многоклеточный организм с полностью секвенированным геномом - круглый червь Caenorhabditis elegans (нематода), затем первое насекомое плодовая мушка дрозофила, и арабидопсис (первое растение)

4 Вершина современной геномики - определение последовательности

Вершина современной геномики - определение последовательности

нуклеотидов ДНК человека. перспективы: Можно сравнивать не только структуры отдельных генов или их групп, но и полные геномы организмов, находящихся на разных уровнях эволюционного развития - эволюционной геномике. Проблемы: Объем накопленной информации уже сейчас намного превышает возможности исследователей по ее анализу и экспериментальному использованию. Геномика нуждается: в новых математических методах компьютерного анализа геномов в новых способах хранения геномной информации . последние десять лет было создано ПО: для опознавания кодирующих и некодирующих участков генома по анализу нуклеотидной последовательности; организованы базы данных, где систематизируется информация о структурах геномов. Все вместе это создало основы биоинформатики.

5 Биоинформатика

Биоинформатика

системный анализ нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК, а также аминокислотных последовательностей белков (т.е. сравнительная геномика) Сопоставление у разных видов организмов нуклеотидных последовательностей отдельных участков ДНК и аминокислотных последовательностей функционально похожих белков позволяет выявить общие структурные фрагменты. Последующая экспериментальная проверка этих "компьютерных предсказаний" часто позволяет ответить на вопрос о функциональной важности тех или иных участков биологических макромолекул.

6 разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной

разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной

структуры белков - ключевая задача в современной молекулярной биологии. До настоящего момента нет точных методов предсказания трехмерной структуры белка по его аминокислотной последовательности. Но во многих случаях на основе хранящейся в банках данных экспериментально полученной информации о трехмерной структуре сотен белков можно предсказывать пространственную структуру неизвестного белка с достаточной точностью Следующим шагом в системных исследованиях геномов должен стать способ предсказания функции белка на основании знания его первичной функциональная геномика - выяснение биологических функций генных продуктов (РНК и белков). сначала предсказать функцию тех или иных биополимеров с помощью компьютерного анализа, затем экспериментально проверить в пробирке предсказанные функции "Протеомика") Анализ последних тенденций развития геномных исследований показывает, что после установления структуры генома человека именно функциональная геномика станет ключевым направлением фундаментальных исследований в геномике.

7 фармакогеномика - наука, позволяющая решить проблему лекарственной

фармакогеномика - наука, позволяющая решить проблему лекарственной

резистентности и индивидуальной фармакотерапии. Наконец, геномика положила начало получению трансгенных животных и растений ме­дицинского назначения. Наследственные заболевания, дефекты гена и хромосом - 2 % всех заболеваний Нарушение экспрессии нормального гена, нарушение регуляции - причина ненаследственных болезней, которые составляют 98 % генная терапия для лечения наследственных заболеваний Российские достижения в геномике не столь заметны на фоне достижений мировой науки. в практическом приложении геномики - молекулярной диагностики, ДНК-диагностики, мы находимся на одном из первых мест в мире.

8 ПЦР Диагностические ДНК-поля содержат до 10 тыс

ПЦР Диагностические ДНК-поля содержат до 10 тыс

генов на 1 чип. - Плотность ячеек-полей - около 1 млн точек на 1 см2, где каждая точка - отдельная проба. На биочипе «лежит» сразу весь геном той или иной живой системы. (современная нанотехнология) трансгенные животные - ген человеческого гемоглобина вводился в яйцеклетку свиньи, затем переносился в суррогатную матку. Свинья рожала поросят, некоторые из них содержали гемоглобин человека. Сейчас FDA наложило ограничения на все лечебные продукты животного происхождения, и трансгенные животные уже не пользуются такой популярностью. (у нас еще разрешено много продуктов животного происхождения в качестве ЛС) Трансгенные растения медицинского назначения - если внести в клетку растения конструкцию с вирусом растений эпитопы антигенов различных микроорганизмов, то растения начнут их экспрессировать. После употребления в пищу таких растений в слизистой желудка и кишечника будут вырабатываться антитела (мукозальные антитела). В бананах, удалось экспрессировать антиген холерного вибриона, антигены вируса гепатита В, и такие вакцины уже проходят клинические испытания. Антигены декарбоксилазы глутаминовой кислоты экспрессируются в картофеле и оказывают в опытах на животных антидиабетическое действие. "Банановый бум" стал в настоящее время реальностью и, по-видимому, такие пероральные вакцины будут иметь право на жизнь.

9 Протеомика

Протеомика

Геномика провела инвентаризацию информационного материала клетки, но действительно работающие структуры - это белки, и протеомика должна инвентаризовать их. У человека десятки тысяч функционирующих генов, которые могут продуцировать до 10 млн различных белков. в протеомике медицинский уклон: ключевые белки для понимания механизма заболевания и диагностики. Методический подход (сравнительный): двумерный электрофорез экстрактов нормальной ткани и патологически измененной (опухолевых клеток): до 10 тыс. различных четко идентифицируемых белков. Идентификация методом масс-спектрометрии: определяется молекулярная масса этих фрагментов Секвенирование (за день можно проанализировать до тысячи белков) Идентификация ключевых белков (количество изменившихся). Результат: установление диагноза, идентифицированные белки могут быть молекулярными мишенями для новых лекарств.

10 Метаболомика: теоретические исследования метаболизма клетки

Метаболомика: теоретические исследования метаболизма клетки

Функция большинства генов - обеспечение клетки ферментами и ко-факторами в нужных количествах, пропорциях и временной последовательности, необходимых для осуществления в ней непрерывного обмена веществ (метаболизма). гены осуществляют свои функции при условии, что в клетке уже идет нормальный метаболизм. Форма хранения специфической информации о строении материальных элементов, обеспечивающих строение и биохимические процессы в живой клетке - в ДНК (РНК), динамическая форма хранения информации о собственном устройстве - устойчивый метаболизм клетки -замкнутая система согласовано протекающих биохимических реакций, метаболизм клетки в разделе биоинформатики – метаболомики Качественно с помощью метаболических карт, Количественно с помощью стехиометрических матриц, таблиц кинетических свойств ферментов и систем уравнений (Voronzov et al, 1980; Jacobash & Holzhutter, 1984; Schremmer et al, 1984; Дроздов-Тихомиров Л.Н и др, 1986; Garfinkel et al, 1989; Heinrich et al, 1991; Drozdov-Tikhomirov et al, 1992; Schuster&Schuster, 1993; Schuster et al,1993; Дроздов-Тихомиров Л.Н и др, 1994; Heinrich & Schuster, 1998). Основные направления Метаболомики: исследования структурной организации сетей метаболических потоков; выявление принципов их регуляции; определение регуляторных инвариантов, обеспечивающих гомеостаз в сетях метаболических потоков.

11 Прикладные аспекты метаболомики: область исследований по реконструкции

Прикладные аспекты метаболомики: область исследований по реконструкции

основных метаболических процессов организма по последовательности нуклеотидов его генома; использование продуктов обмена веществ в диагностике заболеваний; совокупность технических и методических подходов для проведения высокоэффективного анализа живых систем; анализ метаболизма путем одновременного измерения клеточных концентраций вторичных метаболитов; метод исследования химического состава тканей и жидкостей человеческого организма; Метаболомика - изучает метаболизм как паттерн. (в отличии от клинической биохимии по отдельным продуктам метаболизма организма, с использованием аналитики и ГХ) с помощью ЯМР изучает весь спектр метаболитов присутствующих в биожидкостях и загружает 10-ки тысяч полученных пиков в программу сравнения паттернов. Путем обучения программы на известных случаях отдиагностированной болезни удалось добиться 90% точности диагностики коронарной болезни сердца. В 80% случаев даже была распознана степень развития заболевания. можно установить тонкие биохимические отличия (между белыми и черными лабораторными мышами одного помета, между китайцами и японцами (разница в генах и питании). «+» - скорость диагностики и безопасность для пациента. «-» - ЯМР-установки дороги..

12 Методы исследований: метаболомика - использует высокочастотные

Методы исследований: метаболомика - использует высокочастотные

радиоволны для измерения магнитных свойств молекул крови. Затем эти данные анализируются с помощью компьютерной программы, которая позволяет обнаруживать отклоняющийся от нормы сигнал, связанный, например, с заболеванием сосудов. Продолжительность процедуры - несколько минут. Метаболомика представляет собой объединение ЯМР-спектроскопии биологических жидкостей и современных методов обработки информации и позволяет диагностировать заболевания неинвазивным способом. Практически все гены в изученных бактериальных геномах выявлены, для многих известны функции белкового продукта. По известным функциям белков проводят реконструкцию обмена веществ - метаболических путей -бактерии. Реконструкция основных метаболических процессов организма по последовательности нуклеотидов его генома - одна из задач геномных исследований. Экспериментальный поиск одного гена занимает месяцы работы целой лаборатории. Компьютерные методы делают это за минуты, - если просеквенирована ДНК организма и если есть хорошие алгоритмы поиска. созданием таких алгоритмов занимается биоинформатика: программы для поиска генов и регуляторных сигналов в ДНК, предсказания структуры и функций белка, его локализации в клетке, для реконструкции метаболизма.

13 Ионно-циклотронный резонанс

Ионно-циклотронный резонанс

Суть метода Ионы захватываются ячейкой за счет потенциалов, прикладываемых к электродам Радиочастоное напряжение, прикладываемое к цилиндрическим электродам, вызывает циклотронное движение ионов Ионы, движущиеся в ячейке по циклическим орбитам с циклотронной частотой, индуцируют на цилиндрических электродах "образ тока" Множество ионов образуют сложный частотный сигнал «+» точное измерение массы иона (определение брутто-формул ионов), высокое разрешение для работы с полипротонированными ионами (при ионизации белков и пептидов в электроспрее), широкий диапазон измеряемых масс «-» сильное магнитное поле (сильный магнит со сверхпроводящим соленоидом, оддерживаемым при очень низкой температуре (жидкого гелия, приблизительно - 270°С).

Перспективы: определение структуры последовательностей аминокислотных остатков в пептидах и белках, послетрансляционные модификации белков, возможно секвенировать белки без их предварительного гидролиза на пептиды ("Top-down" протеомики).

14 ПО для моделирования и исследований метаболизма В ИМГ РАН был создан

ПО для моделирования и исследований метаболизма В ИМГ РАН был создан

пакет программ BIOKIN - для теоретического анализа свойств и различных аспектов поведения полиферментных биохимических систем и построения и анализа метаболических моделей. Решаемые задачи : Получение картины распределения метаболических потоков в исследуемой ПФС при достижении стационарного состояния, заданного граничными условиями материального обмена ПФС со средой. ПФС любой размерности весь первичный метаболизм в клетках E.coli, В. subtilis, в соматической клетке человека (список реакций, протекание которых возможно в ПФС и граничные условия материального обмена ПФС со средой. Результаты: в виде таблиц, в графическом формате метаболической карты с нанесенными на схему величинами скоростей процессов. Расчет величины минимально возможного удельного потребления углеродного субстрата на образование продукта в исследуемой ПФС (расчет максимального экономического коэффициента).

15 Расчет оптимального соотношения количеств разных ферментов в ПФС, при

Расчет оптимального соотношения количеств разных ферментов в ПФС, при

котором удельная скорость образования продукта (скорость, отнесенная к суммарному количеству ферментов в ПФС) максимальна (оптимальная структура ПФС). Размер ПФС более 60. (список реакций, величины их кинетических констант, удельные активности ферментов и опорный вектор стационарных потоков ПФС в режиме синтеза продукта. Результаты расчета виде таблицы количеств ферментов в исследуемой ПФС при оптимальной структуре . Построение картины распределения по метаболитам ПФС с ходом времени изотопной метки, поступающей в составе одного из субстратов в исследуемую ПФС. Размер ПФС произвольной размерности (более 1000). (список реакций, граничные условия материального обмена со средой, меченый субстрат, матрица переходов метки в реакциях ПФС и стационарные концентрации метаболитов, в которых контролируется появление метки. ) Результаты в виде таблиц или в графическом формате в виде метаболической карты с нанесенным распределением метки по метаболитам.

16 Применение метаболомики на практике

Применение метаболомики на практике

Революция в кардиологии - экспресс-анализ крови для ранней диагностики и установления вероятности сердечного приступа - прорыв к кардиомедицине будущего. измерение магнитных свойств молекул в образцах крови с использованием радиоволн высокой частоты и сравнительный компьютеризованный анализ всех признаков отклонений, обнаруженных в образцах конкретного пациента Диагностика менингита – при изучении метаболических особенностей спинномозговой жидкости, полученной от пациентов с менингиальными симптомами установлена возможность отличить бактериальный менингит от неинфекционного, и вирусного менингита.

17 Повышение эффективности экстракорпорального оплодотворения

Повышение эффективности экстракорпорального оплодотворения

неинвазивный метод метаболомического анализа оценки жизнеспособности эмбрионов, предназначенных для экстракорпорального оплодотворения. Выявление отличий в клеточном метаболизме с целью отбора жизнеспособных эмбрионов для проведения процедуры экстракорпорального оплодотворения. Повреждения эмбрионов при этом не происходит: в основе метода лежит анализ биомаркеров оксидативного стресса в культивационной среде. Биомаркеры оцениваются с помощью методов спектроскопического анализа и биоинформатики, являющихся . установлено, что метаболомические профили сред, в которых культивируются способные и неспособные вызывать беременность эмбрионы, существенно отличаются. Причем чувствительность и специфичность нового метода по отношению к этим различиям составляет 85%.

18 Атомно-силовая микроскопия

Атомно-силовая микроскопия

Схематичное изображение системы детекции атомно-силового микроскопа (взято из: Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2005). На подложке располагают анализируемый материал, помещают на специальный столик в приборе и проводят сканирование. Во время сканирования острие зонда приподнимается и опускается, очерчивая микрорельеф поверхности. На зеркальную площадку над острием попадает луч лазера. Система фотодетекции регистрирует и обрабатывает отклонения острия

«Молекулярная биотехнология»
http://900igr.net/prezentacija/biologija/molekuljarnaja-biotekhnologija-221656.html
cсылка на страницу
Урок

Биология

136 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по биологии > Генная инженерия > Молекулярная биотехнология