Биосистемы, объекты и методы в биотехнологии
Большое внимание ученые уделяют целенаправленному созданию новых, не существующих в природе биологических объектов. В первую очередь, следует отметить создание новых клеток микроорганизмов, растений, животных методами генетической инженерии. Созданию новых биологических объектов, безусловно, способствует совершенствование правовой охраны изобретений в области генетической инженерии и биотехнологии в целом. Сформировалось направление, занимающееся конструированием искусственных клеток. В настоящее время существуют методы, позволяющие получить искусственные клетки с использованием различных синтетических и биологических материалов, например искусственной клеточной мембраны с заданной проницаемостью и поверхностными свойствами. Некоторые материалы могут быть заключены внутри таких клеток: ферментные системы, клеточные экстракты, биологические клетки, магнитные материалы, изотопы, антитела, антигены, гормоны и др. Применение искусственных клеток дало положительные результаты в производстве интерферонов и моноклональных антител, при создании иммуносорбентов и др.
Разрабатываются подходы к созданию искусственных ферментов и аналогов ферментов, обладающих повышенной стабильностью и активностью. Например, проводится синтез полипептидов желаемой стереоконфигурации, ведутся поиски методов направленного мутагенеза с целью замены одной аминокислоты на другую в молекуле фермента. Делаются попытки построения неферментных каталитических моделей.
Как наиболее перспективные следует выделить следующие группы биологических объектов:
- рекомбинанты, т.е. организмы, полученные методами генетической инженерии;
- растительные и животные тканевые клетки;
- термофильные микроорганизмы и ферменты;
- анаэробные организмы;
- ассоциации для превращения сложных субстратов;
- иммобилизованные биологические объекты.
Процесс искусственного создания биологического объекта (микроорганизма, или тканевой клетки) состоит в изменении его генетической информации с целью исключить нежелательные и усилить нужные свойства или придать ему совершенно новые качества. Наиболее целенаправленные изменения можно выполнить путем рекомбинаций - перераспределяя гены или части генов и объединяя в одном организме генетическую информацию от двух и более организмов. Получение рекомбинантных организмов, в частности, можно осуществить методом слияния протопластов, путем переноса природных плазмид и методами генной инженерии.
К нетрадиционным биологическим агентам на данном этапе развития биотехнологии относятся растительные и животные тканевые клетки, в том числе гибридомы, трансплантаты. Культуры клеток млекопитающих уже сейчас являются продуцентами интерферона и вирусных вакцин, в недалеком будущем осуществится крупномасштабное получение моноклональных антител, поверхностных антигенов клеток человека, ангиогенных факторов.
С развитием методов биотехнологии все большее внимание будет уделяться использованию термофильных микроорганизмов и их ферментов.
Ферменты, продуцируемые термофильными микроорганизмами, характеризуются термостабильностью и более высокой устойчивостью к денатурации по сравнению с ферментами из мезофилов. Проведение биотехнологических процессов при повышенной температуре с использованием ферментов термофильных микроорганизмов обладает рядом достоинств:
1) увеличивается скорость реакции;
2) повышается растворимость реактивов и за счет этого - продуктивность процесса;
3) уменьшается возможность микробного заражения реакционной среды.
Наблюдается возрождение биотехнологических процессов с использованием анаэробных микроорганизмов, которые нередко являются также термофильными. Анаэробные процессы привлекают внимание исследователей в связи с недостатком энергии и возможностью получения биогаза. Так как при анаэробном культивировании не нужна аэрация среды и биохимические процессы менее интенсивны, упрощается система теплоотвода, анаэробные процессы можно рассматривать как энергосберегающие.
Анаэробные микроорганизмы успешно используются для переработки отходов (биомассы растений, отходов пищевой промышленности, бытовых отходов и др.) и стоков (бытовые и промышленные стоки, навоз) в биогаз.
В последние годы расширяется применение смешанных культур микроорганизмов и их природных ассоциаций. В реальной биологической ситуации в природе микроорганизмы существуют в виде сообществ различных популяций, тесно связанных между собой и осуществляющих круговорот веществ в природе.
Основные преимущества смешанных культур по сравнению с монокультурами следующие:
- способность утилизировать сложные, неоднородные по составу субстраты, зачастую непригодные для монокультур;
Другое
Заболевание щитовидной железы и беременность
В
нормальных условиях во время беременности происходит усиление функции
щитовидной железы и повышение выработки тиреоидных гормонов, о ...
Врожденные пороки развития
Общая частота
морфологических пороков развития у детей до 1 года составляет примерно 27,2 на
1000 населения. Около 60% из них выявляютс ...
Распространение и профилактика гиподерматоза крупного рогатого скота в СПК Некрасовское
Молочное скотоводство в нашей
стране является ведущей отраслью животноводства и основным поставщиком молока,
кроме того, производит мясо, да ...
Профилактика деформаций скелета
Рост ребенка — программированный процесс увеличения длины
и массы тела, который проходит параллельно с его развитием, становлением
функциона ...