Похожие презентации:
Биосистема, объекты и методы в биотехнологии
1. Кафедра микробиологии 3 курс факультета ветеринарной медицины Дисциплина «Ветеринарная биотехнология»
Тема: Биосистема, объекты и методы вбиотехнологии
2.
Одним из терминов в биотехнологииявляется
понятие
«биосистемы».
Обобщенные характеристики биологической
(живой) системы могут быть сведены к
трем присущим им основным признакам:
3.
1.Живые
системы
являются
гетерогенными
открытыми
системами,
которыми обмениваются с окружающей
средой веществами и энергией.
4.
2.Эти
системы
являются
самоуправляемыми, саморегулирующими,
идактивными, т.е. способными к обмену
информацией с окружающей средой для
поддержания своей структуры и управления
процессами метаболизма.
5.
3.Живые
системы
самовоспроизводящимися
организмы).
являются
(клетки,
6.
По структуре биосистемы делятся наэлементы (подсистемы), связанные между
собой,
и
характеризуются
сложной
организацией (атомы, молекулы, органеллы,
клетки, организмы, популяции, сообщества).
7.
Управление в клетке представляет собойсочетание процессов синтеза молекул белковферментов, необходимых для осуществления
той или иной функции, и непрерывных
процессов изменения активности в ходе
взаимодействия триплетных кодов ДНК в ядре
и макромолекул в рибосомах. Усиление и
торможение
ферментативной
активности
происходит в зависимости от количества
начальных
и
конечных
продуктов
соответствующих биохимических реакций.
Благодаря
этой
сложной
организации
биосистемы отличаются от всех неживых
объектов.
8.
Н.М. Амосов делит все биосистемы напять иерархических уровней сложности:
одноклеточные организмы, многоклеточные
организмы, популяции, биогеоценоз и
биосферу.
9.
Одноклеточные организмы – это бактерии ипростейшие. Функции одноклеточных – обмен
веществом и энергией со средой, рост и деление,
реакции на внешние раздражители в виде
изменения обмена и формы движения. Все функции
одноклеточных
поддерживаются
за
счет
биохимических процессов ферментативной природы
и за счет энергетического обмена – начиная от
способа получения энергии и до синтеза новых
структур
или
расщепления
существующих.
Единственным
механизмом
одноклеточных,
обеспечивающим их приспособление к окружающей
среде, является механизм изменений в отдельных
генах ДНК и, как следствие, изменение белковферментов и изменение биохимических реакций.
10.
Основной системой подхода к анализуструктур биосистем является ее представление
в виде двух компонентов – энергетической и
управляющей.
Структура биосистем поддерживается
механизмами
генетического
управления.
Получая от остальных систем энергию и
информацию в виде продуктов обмена веществ
(метаболитов), а в период формирования – в
виде гормонов, генетическая система управляет
процессом синтеза необходимых веществ и
поддерживает жизнедеятельность остальных
систем организма, причем процессы в этой
системе протекают достаточно медленно.
11.
Несмотря на многообразие биосистем,отношения между их биологическими
свойствами остаются инвариантными для
всех организмов. В сложной системе
возможности к адаптации значительно
больше, чем в простой. В простой системе
эти функции обеспечиваются малым
количеством механизмов, при этом они
более чувствительны к изменениям во
внешней среде.
12.
Для биосистем характерна качественнаянеоднородность, проявляющаяся в том, что
в рамках одной и той же функциональной
биосистемы совместно и слаженно работают
подсистемы с качественно различными
адекватными управляющими сигналами
(химическими,
физическими,
информационными).
13.
Иерархичность биосистем проявляется впостепенном усложнении функции на одном
уровне
иерархии
и
скачкообразном
переходе к качественно другой функции на
следующем уровне иерархии, а также в
специфическом
построении
различных
биосистем, их анализа и управления в такой
последовательности, что итоговая выходная
функция нижележащего уровня иерархии
входит в качестве элемента в вышележащий
уровень.
14.
Постоянное приспособление к среде иэволюция невозможны без единства двух
противоположных
свойств:
структурнофункциональной организованности и структурнофункциональной вероятности, стохастичности и
изменчивости.
Структурно-функциональная организованность
проявляется на всех уровнях биосистем и
характеризуется
высокой
устойчивостью
биологического вида и его формы. На уровне
макромолекул
это
свойство
обеспечивается
репликацией макромолекул, на уровне клетки –
делением, на уровне особи и популяции –
воспроизведением особей путем размножения.
15.
В качестве биологических объектов илисистем, которые использует биотехнология,
прежде
всего
необходимо
назвать
одноклеточные микроорганизмы, а также
животные и растительные клетка. Выбор
этих объектов обусловлен следующими
моментами:
16.
1.Клетки
являются
своего
рода
«биофабриками»,
вырабатывающими в
процессе жизнедеятельности разнообразные
ценные продукты: белки, жиры, углеводы,
витамины,
нуклеиновые
кислоты,
аминокислоты,
антибиотики,
гормоны,
антитела, антигены, ферменты, спирты и пр.
Многие из этих продуктов, крайне необходимы
в жизни человека, пока недоступны для
получения «небиотехническими» способами
из-за дефицитности или высокой стоимости
сырья или же сложности технологических
процессов.
17.
2. Клетки чрезвычайно быстро воспроизводятся.Так, бактериальная клетка делится через каждые 2060 минут, дрожжевая - через каждые 1,5-2 ч,
животная – через 24 ч, что позволяет за
относительно
короткое
время
искусственно
нарастить
на
сравнительно
дешевых
и
недефицитных питательных средах в промышленных
масштабах
огромные
количества
биомассы
микробных, животных или растительных клеток.
Например, в биореакторе емкостью 100 м3 за 2-3-сут.
можно вырастить 1016 – 1018 микробных клеток. В
процессе жизнедеятельности клеток при их
выращивании в среду поступает большое количество
ценных продуктов, а сами клетки представляют
собой кладовые этих продуктов.
18.
3. Биосинтез сложных веществ, таких какбелки, антибиотики, антигены, антитела и
др.
значительно
экономичнее
и
технологически доступнее, чем химический
синтез. При этом исходное сырье для
биосинтеза, как правило, проще и
доступнее, чем сырье для других видов
синтеза. Для биосинтеза используют отходы
сельскохозяйственной, рыбной,, пищевой
промышленности, растительное сырье,
дрожжи, древесина, меласса и др.).
19.
4.Возможность
проведения
биотехнологического
процесса
в
промышленных масштабах, т.е. наличие
соответствующего
технологического
оборудования, доступность сырья, технология
переработки и т.д.
Таким образом, природа дала в руки
исследователям живую систему, содержащую и
синтезирующую уникальные компоненты, и, в
первую очередь, нуклеиновые кислоты, с
открытием которых и начала развиваться
биотехнология и мировая наука в целом.
20.
Объектами биотехнологии являются вирусы,бактерии, грибы, протозойные организмы, клетка
(ткани) растений, животных и человека, вещества
биологического
происхождения
(например,
ферменты, простагландины, пектины, нуклеиновые
кислоты,), молекулы.
В этой связи можно сказать, что объекты
биотехнологии относятся либо к микроорганизмам,
либо к растительным и животным клеткам. В свою
очередь организм можно охарактеризовать как
систему экономного, сложнейшего, компактного,
целенаправленного синтеза, устойчиво и активно
протекающего при оптимальном поддержании всех
необходимых параметров.
21.
Методы, применяемые в биотехнологии,определяются двумя уровнями клеточным и
молекулярным. Тот и другой определяются
биообъектами.
В первом случае дело имеют с бактериальными
клетками (для получения вакцинных препаратов),
актиномицетов (при получении антибиотиков),
микромицетов (при получении лимонной кислоты),
животных
клеток
(при
изготовлении
противовирусных вакцин), клеток человека (при
изготовлении интерферона) и др.
Во втором случае дело имеют с молекулами,
например с нуклеиновыми кислотами. Однако в
конечной
стадии
молекулярный
уровень
трансформируется в клеточный.
22.
Клеткиживотных
и
растений,
микробные
клетки
в
процессе
жизнедеятельности
(ассимиляция
и
диссимиляция) образуют новые продукты и
выделяют
метаболиты
разнообразного
физико-химического
состава
и
биологического действия.
23.
Все микрообъекты, используемые вбиотехнологии, относят к акариотам, проили к эукариотам. Из группы эукариот,
например,
оперирует
в
качестве
биообъектов
клетками
простейших,
водорослей и грибов, из группы прокариотклетками сине-зеленых водорослей и
бактерий, акариот – вирусами
24.
Биообъекты из микромира варьируют вразмерах
от
нанометров
(вирусы,
бактериофаги)
до
миллиметров
и
сантиметров (гигантские водоросли), и
характеризуются относительно быстрым
темпом размножения. В современной
фарминдустрии используется гигантская
гамма биообъектов, группировка которых
весьма сложна и лучше всего может быть
выполнена на основе принципа их
соразмерности.
25.
Огромная совокупность биообъектов неисчерпывает всей элементной базы, которой
оперирует биотехнология. Последние успехи
биологии и генной инженерии привели к
появлению совершенно новых биообъектовтрансгенных
(генетическимодифицированных) бактерий, вирусов,
грибов,
клеток
растений,
животных,
человека и химер.
26.
Как наиболее перспективные следует выделитьследующие 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.
27.
Процессискусственного
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.
28.
К нетрадиционным биологическим агентам наданном 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.
29.
Как следует из вышеизложенного, вбиотехнологических процессах возможно
использование
ряда
биологических
объектов, характеризующихся различными
уровнями
сложности
биологической
регуляции,
например
клеточным,
субклеточным,
молекулярным.
Oт
особенностей конкретного биологического
объекта самым непосредственным образом
зависит
подход
к
созданию
всей
биотехнологической системы в целом.
30.
Врезультате
фундаментальных
биологических исследований углубляются и
расширяются знания о природе и, тем
самым, о возможностях прикладного
использования той или иной биологической
системы в качестве активного начала
биотехнологического
процесса.
Набор
биологических
объектов
непрерывно
пополняется.
31.
• Список рекомендуемой научной литературы:Основные источники информации
Биотехнология : в 3-х ч. / Р. Г. Госманов, А. К. Галиуллин. - Казань :
ЦИТ КГАВМ.
Ч. I : Темы лекций по биотехнологии : учебное пособие. - 2013. - 131 с.
Биотехнология: в 3-х ч. / Р. Г. Госманов, А. К. Галиуллин. - Казань :
ЦИТ КГАВМ.
Ч. II : Лабораторно-практические занятия : учебное пособие. - 2013. 105 c.
Биотехнология : в 3-х ч. / Р. Г. Госманов, А. К. Галиуллин. - Казань :
ЦИТ КГАВМ.
Ч. III. - 2013. - 92 c.
Биотехнология: учебное пособие / И. В. Тихонов [и др.] ; ред. Е. С.
Воронин. - СПб. : ГИОРД, 2005. - 792 с.
Биотехнология в ветеринарии / Н. З. Хазипов, Р. П. Тюрикова. - Казань :
Казанский государственный ветеринарный институт, 1988. - 72 с.
Кол-во экз.
76
78
77
22 в библиотеке
КГАВМ
119 в библиотеке
КГАВМ
Дополнительные источники информации
Кол-во экз.
Питательные среды в микробиологии: учебное пособие / Р. Г. Госманов, 20 в библиотеке
В. А. Курамшина ; рец.: М. А. Сафин, Л. В. Королев ; ФГОУ ВПО КГАВМ
"Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.
Э. Баумана". - Казань : Центр информационных технологий КГАВМ,
2008. - 153 с.
32. Кафедра микробиологии 3 курс факультета ветеринарной медицины Дисциплина «Ветеринарная биотехнология»
Тема: Биосистема, объекты и методы вбиотехнологии