Генная инженерия
<<  Вред пива и слабоалкогольных напитков Подход системной инженерии к управлению жизненным циклом  >>
Лекция 1. Введение в биотехнологию
Лекция 1. Введение в биотехнологию
Литература
Литература
1. Биотехнология как отрасль науки и отрасль производства
1. Биотехнология как отрасль науки и отрасль производства
В нашей стране значительное расширение научно-исследовательских работ
В нашей стране значительное расширение научно-исследовательских работ
В 90-е годы внимание к проблемам биотехнологии в стране ослабло, а их
В 90-е годы внимание к проблемам биотехнологии в стране ослабло, а их
!
!
В рамках изучаемого курса можно выделить 3 основных части:
В рамках изучаемого курса можно выделить 3 основных части:
В рамках изучаемого курса можно выделить 3 основных части:
В рамках изучаемого курса можно выделить 3 основных части:
3. Генная инженерия
3. Генная инженерия
Современная биотехнология тесно стыкуется с рядом научных дисциплин
Современная биотехнология тесно стыкуется с рядом научных дисциплин
В молекулярной биологии использование биотехнологических методов
В молекулярной биологии использование биотехнологических методов
Созданы перевиваемые культуры клеток животных, продуцирующие
Созданы перевиваемые культуры клеток животных, продуцирующие
2. История биотехнологии
2. История биотехнологии
Этапы развития биотехнологии До последней трети 19 века - первый
Этапы развития биотехнологии До последней трети 19 века - первый
После второй мировой войны появились новые направления в биотехнологии
После второй мировой войны появились новые направления в биотехнологии
Биотехнология – наукоемкая отрасль
Биотехнология – наукоемкая отрасль
В настоящее время идет этап молекулярно-биотехнологической революции
В настоящее время идет этап молекулярно-биотехнологической революции
История развития молекулярной биотехнологии:
История развития молекулярной биотехнологии:
1978 г. Фирма Genentech выпустила человеческий инсулин, полученный с
1978 г. Фирма Genentech выпустила человеческий инсулин, полученный с
Коммерциализация молекулярной биотехнологии
Коммерциализация молекулярной биотехнологии
Надежды и опасения
Надежды и опасения
3. Основные направления и задачи современной биотехнологии
3. Основные направления и задачи современной биотехнологии
!
!
«
«
В определении оптимального направления развития биотехнологий, большую
В определении оптимального направления развития биотехнологий, большую
С целью переноса новейших технологий из развитых стран в развивающиеся
С целью переноса новейших технологий из развитых стран в развивающиеся
Лекция 1. Введение в биотехнологию
Лекция 1. Введение в биотехнологию

Презентация: «Введение в биотехнологию. Содержание и значение курса». Автор: . Файл: «Введение в биотехнологию. Содержание и значение курса.pptx». Размер zip-архива: 2261 КБ.

Введение в биотехнологию. Содержание и значение курса

содержание презентации «Введение в биотехнологию. Содержание и значение курса.pptx»
СлайдТекст
1 Лекция 1. Введение в биотехнологию

Лекция 1. Введение в биотехнологию

Содержание и значение курса

Вопросы: Биотехнология как отрасль науки и отрасль производства. История биотехнологии. Основные направления и задачи современной биотехнологии.

2 Литература

Литература

Сельскохозяйственная биотехнология: Учеб. / Е.С. Воронин, В.С. Шевелуха, Е.А. Калашникова. – М.:Высш.шк., 2008. – 710 с. Бутенко, Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе: учеб. пособие / Р.Г. Бутенко. М. : ФБК–ПРЕСС, 1999. 160 с. Дитченко Т.И. Культура клеток, тканей и органов растений: Курс лекций. – Минск, 2007. – 102 с. Ермишин А.П. Биотехнология. Биобезопасность. Биоэтика / А.П. Ермишин и др.; под ред. А.Л. Ермишина. —Мн.: Тэхналогiя, 2005. —430 с. Клональное микроразмножение растений: Учебно-методическое пособие / О.А. Тимофеева, Ю.Ю. Невмержицкая. – Казань: Казанский университет, 2012. – 56 с. Современные проблемы и методы биотехнологии [Электронный ресурс] : лаб. практикум / Н. А. Войнов, Т. Г. Волова, Н. В. Зобова и др. – Электрон. дан. (3 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2009. Биотехнология / Т. Г. Волова. – Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения Российской Академии наук, 1999. – 252 с. Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии [Электронный ресурс] , 1974-2015 -. - Режим доступа http://www.vniisb.ru/ru/ свободный, загл. с экрана. Всероссийский научно-исследовательский институт лесной генетики, селекции и биотехнологии [Электронный ресурс] , 1970-2015 -. - Режим доступа http://vniilgisbiotech.com/ свободный, загл. с экрана. Кузьмина Н.А. Основы биотехнологии: [Электронный ресурс]. 2005-2010. URL: http://www.biotechnolog.ru. (Дата обращения: 08.08.2012).

3 1. Биотехнология как отрасль науки и отрасль производства

1. Биотехнология как отрасль науки и отрасль производства

Биотехнология как наука является важнейшим разделом современной биологии, которая, как и физика, стала в конце XX в. одним из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике.

4 В нашей стране значительное расширение научно-исследовательских работ

В нашей стране значительное расширение научно-исследовательских работ

и внедрение их результатов в производство было достигнуто в 80-е годы.

Разработана и активно осуществлялась первая общенациональная программа по биотехнологии

Подготовлены квалифицированные кадры специалистов-биотехнологов

Созданы межведомственные биотехнологические центры

Организованы биотехнологические лаборатории и кафедры в научно-исследовательских учреждениях и вузах

5 В 90-е годы внимание к проблемам биотехнологии в стране ослабло, а их

В 90-е годы внимание к проблемам биотехнологии в стране ослабло, а их

финансирование сокращено. В результате развитие биотехнологических исследований и их практическое использование в России замедлилось, что привело к отставанию от мирового уровня, особенно в области генетической инженерии.

6 !

!

Современная биотехнология — это наука о генно-инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для интенсификации производства или получения новых видов продуктов различного назначения.

методах рекомбинантных ДНК

Использовании иммобилизованных ферментов

Современные биотехнологические процессы основаны на

Использовании клеток или клеточных органелл.

Иммобилизованные ферменты (от лат. immobiiis - неподвижный), препараты ферментов, молекулы которых связаны с матрицей, или носителем (как правило, полимером), сохраняя при этом полностью или частично свои каталитические свойства. Иммобилизованные ферменты обычно не растворимы в воде. Между двумя фазами возможен обмен молекулами субстрата, продуктов каталитической реакции, ингибиторов и активаторов.

7 В рамках изучаемого курса можно выделить 3 основных части:

В рамках изучаемого курса можно выделить 3 основных части:

1. Промышленная биотехнология, где рассматриваются общие принципы осуществления биотехнологических процессов, происходит знакомство с основными объектами и сферами применения биотехнологии, рядом крупномасштабных промышленных биотехнологических производств, использующих микроорганизмы.

8 В рамках изучаемого курса можно выделить 3 основных части:

В рамках изучаемого курса можно выделить 3 основных части:

2. Клеточная инженерия. Основная цель этого раздела – знакомство с методами ведения культур клеток и практическим использованием этих объектов. В рамках этого раздела выделяют культивирование растительных клеток и методы культивирования животных клеток, так как подходы к культивированию этих объектов различаются в силу их принципиальных биологических различий. Клеточная биотехнология обеспечила ускоренное получение новых важных форм и линий растений и животных, используемых в селекции на устойчивость, продуктивность и качество; размножение ценных генотипов, получение ценных биологических препаратов пищевого, кормового и медицинского назначения

9 3. Генная инженерия

3. Генная инженерия

Высшим достижением современной биотехнологии является генетическая трансформация, перенос чужеродных генов и других материальных носителей наследственности в клетки растений, животных и микроорганизмов, получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками. По своим целям и возможностям в перспективе это направление является стратегическим. Оно позволяет решать коренные задачи селекции биологических объектов на устойчивость, высокую продуктивность и качество продукции при оздоровлении экологической обстановки во всех видах производств. Однако для достижения этих целей предстоит преодолеть огромные трудности в повышении эффективности генетической трансформации и прежде всего в идентификации генов, создании их банков клонирования, расшифровке механизмов полигенной детерминации признаков и свойств биологических объектов, обеспечении высокой экспрессии генов и создании надежных векторных систем. Уже сегодня во многих лабораториях мира, в том числе и в России, с помощью методов генетической инженерии созданы принципиально новые трансгенные растения, животные и микроорганизмы, получившие коммерческое признание.

10 Современная биотехнология тесно стыкуется с рядом научных дисциплин

Современная биотехнология тесно стыкуется с рядом научных дисциплин

11 В молекулярной биологии использование биотехнологических методов

В молекулярной биологии использование биотехнологических методов

позволяет определить структуру генома, понять механизм экспрессии генов, смоделировать клеточные мембраны с целью изучения их функций и т.д. Конструирование нужных генов методами генной и клеточной инженерии позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми полезными для человека свойствами, ранее не наблюдавшимися в природе.

Микробиологическая промышленность в настоящее время использует тысячи штаммов различных микроорганизмов. В большинстве случаев они улучшены путем индуцированного мутагенеза и последующей селекции. Это позволяет вести широкомасштабный синтез различных веществ. Некоторые белки и вторичные метаболиты могут быть получены только путем культивирования клеток эукариот. Растительные клетки могут служить источником ряда соединений - атропин, никотин, алкалоиды, сапонины и др. Клетки животных и человека также продуцируют ряд биологически активным соединений. Например, клетки гипофиза - липотропин, стимулятор расщепления жиров, и соматотропин - гормон, регулирующий рост.

12 Созданы перевиваемые культуры клеток животных, продуцирующие

Созданы перевиваемые культуры клеток животных, продуцирующие

моноклональные антитела, широко применяемые для диагностики заболеваний. В биохимии, микробиологии, цитологии несомненный интерес вызывают методы иммобилизации как ферментов, так и целых клеток микроорганизмов, растений и животных. В ветеринарии широко используются такие биотехнологические методы, как культура клеток и зародышей, овогенез in vitro, искусственное оплодотворение. Все это свидетельствует о том, что биотехнология станет источником не только новых продуктов питания и медицинских препаратов, но и получения энергии и новых химических веществ, а также организмов с заданными свойствами.

13 2. История биотехнологии

2. История биотехнологии

Термин «биотехнология» был предложен в 1917 году венгерским инженером Карлом Эреки для описания процесса крупномасштабного выращивания свиней с использованием в качестве корма сахарной свеклы. По определению Эреки, биотехнология – это «все виды работ, при которых из сырья с помощью живых организмов производятся те или иные продукты».

14 Этапы развития биотехнологии До последней трети 19 века - первый

Этапы развития биотехнологии До последней трети 19 века - первый

эмпирических этап. Конец XIX века - созданы предпосылки для развития микробиологии, что сказалось на прогрессе биотехнологии. Исследования Л. Пастера позволили оптимизировать процессы получения вина, пива и послужили основой развития в конце XIX и начале XX века бродильного производства органических растворителей (ацетона, этанола, бутанола и изопропанола) и других химических веществ, где использовались микроорганизмы, осуществлявшие превращения углеводов в процессе брожения. Были предприняты первые попытки наладить производство пищевых концентратов из дрожжей. В 19 веке было установлено, что вместо живых организмов можно использовать продукты их жизнедеятельности - ферменты. В 1814 году петербургский академик К.С. Кирхгоф открыл явление биологического катализа и пытался биокаталитическим путём получить сахар из доступного отечественного сырья. В 1891 году японский биохимик Такамине предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов. Разработка и производство вакцин и сывороток для предупреждения инфекционных заболеваний человека и животных начал развиваться после эпохальных открытий Пастера, Коха и Беринга, сделанных в конце 19 века. Во время первой мировой войны в Германии в промышленных масштабах выращивали дрожи Saccharomyces cerevisiae, которые добавляли в колбасу и супы, компенсируя 60% довоенного импорта пищевых продуктов. В 1940 г. важным этапом в развитии биотехнологии было получение пенициллина.

15 После второй мировой войны появились новые направления в биотехнологии

После второй мировой войны появились новые направления в биотехнологии

В сельском хозяйстве – новые методы селекции растений и животных (включая клонирование). В химическом производстве – получение органических кислот (например, лимонной), ферментов для моющих средств. В энергетике - крупномасштабное производство этанола как жидкого топлива. В пищевой промышленности - создание новых методов переработки и хранение пищевых продуктов, получение пищевых добавок, аминокислот, использование белка, синтезированного одноклеточными организмами и ферментов при переработке пищевого сырья. Микроорганизмы стали использоваться в получении металлов, путем выщелачивания руд. В медицине – стали применять лечебные ферменты, стероиды, новые антибиотики.

16 Биотехнология – наукоемкая отрасль

Биотехнология – наукоемкая отрасль

Целью биотехнологических исследований является максимальное повышение эффективности каждого из этапов биотехнологического производства и поиск микроорганизмов, с помощью которых можно получить нужные вещества. В 60-70е гг. прошлого века все эти исследования касались только исходной обработки сырья, устройства биореакторов и получения конечного продукта. Благодаря этому был усовершенствован инструментальный контроль процесса ферментации и значительно расширены возможности крупномасштабного культивирования, что позволило повысить эффективность производства. До 70-х годов традиционная биотехнология, как научная дисциплина, была не слишком известна и представлялась скорее, как инженерная химия с микробиологическим уклоном.

17 В настоящее время идет этап молекулярно-биотехнологической революции

В настоящее время идет этап молекулярно-биотехнологической революции

Формально началом можно считать 15 октября 1980 г.

18 История развития молекулярной биотехнологии:

История развития молекулярной биотехнологии:

1917 г. Карл Эреки ввел термин «биотехнология» 1943 г. Произведен пенициллин в промышленном масштабе 1944 г. Эвери, МакЛеод и МакКарти показали, что генетический материал представляет собой ДНК 1953 г. Д.Уотсон и Ф. Крик определили структуру молекулы ДНК 1961 г. учрежден журнал «Biotechnology and Bioengineering» 1961-1966 гг. расшифрован генетический код 1970 г. выделена первая рестрецирующая эндонуклеаза 1972 г. Синтезирован полноразмерный ген тРНК 1973 г. Бойер и Коэн положили начало технологии рекомбинантных ДНК 1975 г. Колер и Мильштейн описали получение моноклональных антител 1976 г. Изданы первые руководства, регламентирующие работы с рекомбинантными ДНК 1976 г. Разработаны методы определения нуклеотидной последовательности ДНК

19 1978 г. Фирма Genentech выпустила человеческий инсулин, полученный с

1978 г. Фирма Genentech выпустила человеческий инсулин, полученный с

помощью E. coli 1980 г. Верховный суд США слушал дело Даймонд против Чакрабари, вынес вердикт, что микроорганизмы, полученные генно-инженерными методами могут быть запатентованы 1981 г. Поступили в продажу первые автоматические синтезаторы ДНК 1982 г. Разрешена к применению в Европе первая вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК 1983 г. Для трансформации растений применены гибридные Ti-плазмиды 1988 г. Выдан патент США на линию мышей с повышенной частотой возникновения опухолей, полученную генно-инженерными методами 1988 г. Создан метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) 1990 г. В США утвержден план испытания генной терапии с использованием соматических клеток человека 1990 г. Официально начаты работы надо проектов «генном человека» 1994-1995 гг. Опубликованы подробные генетические и физические карты хромосом человека 1996 г. Ежегодный объем продаж первого рекомбинантного белка (эритропоэтина) превысил 1 млрд. $ 1996 г. Определена нуклеотидная последовательность всех хромосом эукариотического микроорганизма (Saccharamyces cerevisiae) 1997 г. Клонирование млекопитающих из дифференцированной соматической клетки 2003 г. – Завершение проекта «Геном человека», определена полная нуклеотидная последовательность всех хромосом, составляющих человеческий геном.

20 Коммерциализация молекулярной биотехнологии

Коммерциализация молекулярной биотехнологии

Конечной целью всех биотехнологических исследований является создание коммерческого продукта. После открытия компании Genentech к 1985 году в США было уже более 400 биотехнологических фирм: Biogen, Amgen, Calgene, и др. На сегодняшний день в США свыше 1500 биотехнологических компаний, а во всем мире их более 3000. Большой вклад в развитие молекулярной биотехнологии внесли все крупные международные химические и фармацевтические компании, в том числе Monsanto, Du Pont, и др. К середине 90х годов на рынке появилось более десятка новых биотехнологических лекарственных препаратов, несколько тысяч проходят клинические испытания, и еще больше находятся на стадии разработки. Создано и выпущено на рынок множество молекулярных и биотехнологических продуктов, повышающих урожайность с.-х. культур и продуктивность с.-х. животных. Ежегодные доход молекулярно-биотехнологической индустрии увеличился с 6 млн. $ в 1986 году до примерно 30 млрд. $ в 1996 году. В 2000 году объем продаж продуктов, изготовленных с применением молекулярной биотехнологии, превысил 60 млрд. $ в году, а в 2010 г. 1 триллион $. Большая часть коммерческих разработок в области молекулярной биотехнологии приходится на США. Активно развивается направление в Японии, Странах Европы.

21 Надежды и опасения

Надежды и опасения

С молекулярной биотехнологией человечество связывают самые больше надежды: возможность точной диагностики, профилактики и лечения множества инфекционных и генетических заболеваний значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур путем создания Но общественность интересуют вопросы, как безопасность экспериментов, негативное влияние на окружающую среду, патентование организмов, полученных генно-инженерными методами.

22 3. Основные направления и задачи современной биотехнологии

3. Основные направления и задачи современной биотехнологии

Современная биотехнология стремительно выдвинулась на передние позиции научно-технического прогресса. Фундаментальные исследования жизненных явлений на клеточном и молекулярном уровнях привели к появлению принципиально новых технологий и получению новых продуктов. Традиционные биотехнологические процессы, основанные на брожении, дополняются новыми эффективными процессами получения белков, аминокислот, антибиотиков, ферментов, витаминов, органических кислот и др. Наступила эра новейшей биотехнологии, связанная с получением вакцин, гормонов, интерферонов и др.

23 !

!

Важнейшими задачами, стоящими перед биотехнологией сегодня, приняты: повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и животных, создание новых пород культивируемых в сельском хозяйстве, защита окружающей среды и утилизация отходов, создание новых экологически чистых процессов преобразования энергии и получения минеральных ресурсов.

24 «

«

.. ищите все, что пожелаете, у микроорганизмов, и они не подведут вас... Изучение и применение в промышленности культур клеток млекопитающих и растений, иммобилизация не только одноклеточных, но и клеток многоклеточных организмов, развитие энзимологии, генетической инженерии, вмешательство в сложный и недостаточно изученный наследственный аппарат растений и животных все больше расширят области применения существующих направлений биотехнологии и создадут принципиально новые направления».

К. Сакагучи

25 В определении оптимального направления развития биотехнологий, большую

В определении оптимального направления развития биотехнологий, большую

роль играет международное сотрудничество, которое обеспечивает выбор той или иной технологии с учетом экономико-социальных условий отдельных стран. Например: Центрально-Американский институт промышленных исследований (ICAITI), расположенный в Гватемале, содействует промышленному развитию региона, который может обеспечить достаточный уровень биопромышленности с учетом имеющихся территорий, климатогеографических условий и огромного количества побочных продуктов и отходов сельскохозяйственного производства. Исследовательские проекты института сосредоточились в двух направлениях, связанных с основными видами сельского хозяйства региона: переработкой кофейных зерен и получением сахара. Накапливающиеся в огромных количествах отходы данных технологий были использованы в качестве субстратов для производства биогаза и микробной биомассы. Были разработаны также процессы получения спирта из соков тропических фруктов, а на основе иммобилизованных ферментов созданы производства осахаривания фруктозных сиропов из сахарного тростника, разработаны новые технологии ферментации овощей под воздействием чистых культур лактобацилл. Таким образом, наличие этого института сформировало фронт биотехнологических работ, внедрение которых способствовало экономическому развитию региона.

26 С целью переноса новейших технологий из развитых стран в развивающиеся

С целью переноса новейших технологий из развитых стран в развивающиеся

ООН создан Международный центр генной инженерии и биотехнологии. Под эгидой Организации промышленного развития ООН (UNIDO) создана комиссия для изучения мнения государств - членов по взаимодействию с Международным центром. На базе совместных исследований центром запланировано создать школу для подготовки специалистов из развивающихся стран. В качестве направлений совместных исследований комиссией UNIDO рекомендованы: использование энергии биомассы, добыча нефти из истощающихся скважин, усовершенствование методов ферментации, синтез лекарств против тропических болезней, получение эффективных вакцин для человека и домашних животных, селекция высокоурожайных и устойчивых к болезням сортов культурных растений.

27 Лекция 1. Введение в биотехнологию
«Введение в биотехнологию. Содержание и значение курса»
http://900igr.net/prezentacija/biologija/vvedenie-v-biotekhnologiju.-soderzhanie-i-znachenie-kursa-228503.html
cсылка на страницу
Урок

Биология

136 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по биологии > Генная инженерия > Введение в биотехнологию. Содержание и значение курса