Введение в биотехнологию и иммунологию

1.

1
2
3

2. Биотехнология с основами иммунологии

Лектор – Крисевич Татьяна Олеговна,
старший преподаватель кафедры
общей биологии и ботаники.

3.

Лекция 1.
Введение в биотехнологию и
иммунологию

4.

Название науки «Биотехнология» происходит от
греческих слов «bios» - жизнь, «teken» - искусство,
«logos» - слово, учение, наука.
Термин «биотехнология» был введен в 1917 г.
венгерским инженером Карлом Эреки при описании
процесса крупномасштабного выращивания свиней с
использованием в качестве корма сахарной свеклы. По
определению Эреки биотехнология – это «все виды
работ, при которых из сырьевых материалов с
помощью живых организмов производятся те или
иные продукты».

5.

Определение биотехнологии в довольно полном
объеме дано Европейской биотехнологической
федерацией, основанной в 1978 г.
Согласно нему биотехнология – это наука, которая на
основе применения знаний в области микробиологии,
биохимии,
генетики,
генной
инженерии,
иммунологии, химической технологии, приборо- и
машиностроения используют биологические объекты
(микроорганизмы, клетки тканей животных и
растений) или молекулы (нуклеиновые кислоты,
белки, ферменты, углеводы и др.) для промышленного
производства полезных для человека и животных
веществ и продуктов.

6.

Биотехнологические методы используются в
различных
отраслях
промышленности
и
затрагивают
многие
сферы
человеческой
деятельности. Согласно этому в мире принята
«цветовая» классификация биотехнологии в
зависимости от областей ее применения:
•«Красная» - обеспечение поддержки здоровья и
прогрессивного
развития
методов
лечения
человека (вплоть до коррекции его генома), а также
производство биофармапрепаратов (протеинов,
ферментов, антител).

7.

•«Зеленая» - разработка и создание генетически
модифицированных (ГМ) растений, устойчивых к
биотическим
и
абиотическим
стрессам;
оптимизация методов ведения сельского и лесного
хозяйства:
•«Белая» - промышленная, объединяющая
производство в пищевой, химической (в том числе
биотопливо)
и
нефтеперерабатывающей
индустрии;
•«Серая» - природоохранная деятельность,
биоремедиация;
•«Синяя» - использование морских организмов и
сырьевых ресурсов.

8.

Понятие «биотехнология» может быть представлено многими
определениями:
•использование биологических объектов, систем или процессов
для производства необходимых продуктов или для нужд
сервисной индустрии;
•комплексное применение биохимических, микробиологических и
инженерных знаний с целью промышленного использования
потенциальных возможностей микроорганизмов, культур клеток и
отдельных компонентов или систем;
•технологическое использование биологических явлений для
воспроизводства и получения (изготовления) различных типов
полезных продуктов;
•приложение научных и инженерных принципов для обработки
материалов биологическими агентами с целью получения
необходимых продуктов или создания сервисных технологий.

9.

Объектами
биотехнологии
являются
вирусы,
бактерии, грибы, протозойные организмы, клетки
(ткани) растений, животных и человека, вещества
биологического происхождения (например, ферменты,
простагландины, лектины, нуклеиновые кислоты),
молекулы.
Методы, применяемые в биотехнологии, определяются
двумя уровнями: клеточным и молекулярным. Тот и
другой определяются биообъектами.

10.

11.

На клеточном уровне имеют дело с
•бактериальными клетками (для получения
вакцинныхт препаратов);
•актиномицетов
(при
получении
антибиотиков),
•микромицетов ( при получении лимонной
кислоты),
•животных
клеток
(при
изготовлении
противовирусных вакцин),
•клеток
человека
(при
изготовлении
интерферона) и др.

12.

На молекулярном уровне имеют дело с молекулами,
например, с нуклеиновыми кислотами. Однако в
конечной
стадии
молекулярный
уровень
трансформируется в клеточный.

13.

Продукты одноклеточных делят на 4 категории:
•Сами клетки как источник целевого продукта
(например, выращенные бактерии или вирусы
используют для получения живой или убитой
корпускулярной вакцины; дрожжи, как кормовой
белок или основу для получения гидролизатов
питательных сред и т.д.)
•Крупные молекулы, которые синтезируются
клетками в процессе выращивания: ферменты,
токсины, антигены, антитела, пептидогликаны и
т.д.

14.

•Первичные
метаболиты
–
низкомолекулярные вещества (менее 1500
дальтон), необходимы для роста клеток, такие
как аминокислоты, витамины, нуклеотиды,
органические кислоты.
•Вторичные метаболиты (идиолиты) –
низкомолекулярные
соединения,
не
требующиеся для роста клеток: антибиотики,
алкалоиды, токсины, гормоны.

15.

Биотехнология – междисциплинарная область научнотехнического
прогресса,
возникшая
на
стыке
биологических, химических и технических знаний и
призванная к созданию новых биотехнологических
процессов, которые в большинстве случаев будут
осуществляться при низких температурах, требовать
небольшого количества энергии и будут базироваться
преимущественно на дешевых субстратах, используемых в
качестве первичного сырья.

16.

В
биотехнологии
применяются
методы,
заимствованные
из
химии,
микробиологии,
биохимии, молекулярной биологии, химической
технологии и компьютерной техники с целью
создания новых разработок. Главная причина успеха
развития биотехнологии – стремительное развитие
молекулярной биологии. Например, успехи в
разработке технологии рекомбинантных молекул
ДНК.

17.

Биотехнология формировалась и
эволюционировала по мере
формирования и развития
человеческого общества. Условно в
развитии биотехнологии можно
выделить 4 этапа.

18.

1. Эмпирический этап (emperikos –
опытный от гр.) или доисторический.
Это самый длительный период, который
охватывает приблизительно 8000 лет
(6000 лет до н.э. и около 2000 лет н.э.)

19.

2. Этиологический этап (от греч. aitia –
причина) – вторая половина XIX века и первая
треть XX века (1856 – 1933 гг). Связан с
выдающимися исследованиями великого
французского ученого Л. Пастера (1822 – 1895) –
основоположника научной микробиологии.
Пастер установил микробную природу брожения,
доказал возможность жизни в бескислородных
условиях, создал научные основы
вакцинопрофилактики и др.
В 1859 г. – Л. Пастер приготовил жидкую
питательную среду, Р. Кох в 1881 году предложил
метод культивирования бактерий на стерильных
ломтиках картофеля и на агаризованных
питательных средах. Как следствие, удалось
доказать индивидуальность микробов и получить
их в чистых культурах.

20.

Достижения 2-го периода:
•1856г. - Г. Мендель открыл законы доминирования
признаков и ввел понятие единицы наследственности в
виде дискретного фактора, который передается от
родителей потомкам.
•1869 г. – Ф. Милер выделил «нуклеин» ДНК из
лейкоцитов.
•1883 г. – И. Мечников разработал теорию клеточного
иммунитета.
•1884 г. – Ф. Леффлер изолировал и культивировал
возбудителя дифтерии.
•1892 г. Д. Ивановский открыл вирусы.
•1893 г. В. Оствальд установил каталитическую функцию
ферментов.

21.

•1902 г. Г. Хаберланд показал возможность
культивирования клеток растений в питательных
растворах.
•1912 г. Ц. Нейберг раскрыл механизм процессов
брожения.
•1913 г. Л. Михаэлис и М. Ментен разработали
кинетику ферментативных реакций.
•1926 г. Х. Морган сформулировал хромосомную
теорию наследственности.
•1928
г.
Ф.
Гриффит
описал
явление
«трансформации» у бактерий.
•1932 г. М. Кноль, Э. Руска изобрели электронный
микроскоп.

22.

3.Биотехнический этап – 1933г. – 1972 г. Наиболее важные
достижения этого этапа:
•Внедрение в практику биореактора (ферментера, аппаратакультиватора);
•Разработка теории электрофореза;
•Обнаружение вирусов с помощью электронного микроскопа;
•Производство пенициллина в промышленных масштабах;
•Процесс конъюгации у E. Coli;
•Разработка вакцины против желтой лихорадки;
•Описание
плазмиды
как
внехромосомного
фактора
наследственности;
•Расшифровка структуры ДНК;
•Прочитаны первые три буквы генетического кода аминокислоты
фенилаланина; и т.д.

23.

4.Геннотехнический период начался в 1972 году,
когда П. Берг создал первую рекомбинацию
молекулы ДНК.
- метод получения моноклональных антител;
- метод анализа первичной структуры ДНК путем
химической деградации;
- разрешен к применению в США первый
диагностический набор моноклональных тел;
- 1982 год – в продажу поступил впервые
человеческий инсулин;
- 1986 г. – метод полимеразной цепной реакции;
и т.д.