Введение в современную биотехнологию. «нет ничего более практичного, чем хорошая теория» кто-то из великих физиков Планк или Эйнштейн. 2-е место по инвестиционной. - презентация

1 Введение в современную биотехнологию. «нет ничего более практичного, чем хорошая теория» кто-то из великих физиков Планк или Эйнштейн. 2-е место по инвестиционной привлекательности после информационных технологий

2 Биотехнология (БТ) - научно- практический приоритет 21 века постгеномные технологии: –геномика, протеомика, –биоинформатика, метоболомика нанобиотехнологии. проект «Антропогеномика» - создание генетических паспортов для спортсменов и др. пилотных групп населения. проекты по биоразнообразию, биобезопасности и биокатализу Медицинские БТ –создание жизненно важных ЛП (гормоны, цитокины, биодженерики, терапевтические МАТ, вакцины нового поколения), – развитие технологий стволовых клеток. В сельском хозяйстве - развитие трансгенных растительных и животных культур. В пищевой БТ - разработки для функционального, сбалансированного питания, в т.ч. отдельный проект по биотехнологии морепродуктов. В экологической БТ - восстановление агроландшафтов и создание экологически чистого жилья. Проект «Биочипы» - создание оригинальных биочипов для исследований в геномике и протеомике и диагностике.

3 Взаимосвязь технологии и живого Микробиообъекты: клетки растений и животных, микроорганизмы и их инженерные модификации, биомолекулы с информационной и функциональной активностью. Технология – воспроизведение естественных процессов, в искусственных условиях. биокаталитические биосинтетические в живых клетках про- и эукариот биореактор Производство внедрение научных идей и разработок. биообъект – основа биотехнологии Макробиообъекты: человек, животные, растения Производство внедрение научных идей и разработок. биореактор

4 Классификационные подходы: Макробиообъекты животного происхождения: Человек (донор) Человек (объект иммунизации, донор) Млекопитающие, рептилии, птицы, рыбы, насекомые, членистоногие, морские беспозвоночные Биообъекты растительного происхождения: Растения (дикорастущие и плантационное культивируемые) Водорсли Культуры растительных клеток и тканей Биообъекты – Микроорганизмы: Эукариоты (простейшие, грибы, дрожжи) Прокариоты(актиномицеты, эубактерии) вирусы,

5 клетка Биохимия и и физиология клетки Продукты метаболизма Внешняя среда - биореактор Биотехнологическая система Промышленное производство Фундаментальные научные основы биотехнологии –достижения микробиологии, –биохимии, биофизики. –молекулярной биологии, –генетики, «биотехнология» - способы получения разнообразных необходимых человеку продуктов из живых клеток различного происхождения.

6 Термин Карл Эреки 1917 – (процесс промышленного выращивания свиней с использованием в качестве корма сахарной свеклы). Биотехнология – это все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты. описание процессов промышленной ферментации, область, именуемая сейчас эргономикой. Биотехнология – это направление научно- технического прогресса, использующее биологические процессы и агенты для целенаправленного воздействия на природу, а также в интересах промышленного получения полезных для человека продуктов, в том числе и лекарственных препаратов.

7 Биотехнологические продукты 1. Вакцины и сыворотки 2. Антибиотики 3. Ферменты и антиферменты 4. Гормоны и их антагонисты 5. Витамины (В 12 ) 6. Аминокислоты 7. Кровезаменители 8. Алкалоиды 9. Иммуномодуляторы 10. Биорадиопротекторы 11. Иммунные диагностикумы и биосенсоры

8 История биотехнологии I Эмпирический период– ок лет до Р.Х. и до средины Х1Х в. воспроизведение естественных процессов в искусственных условиях: хлебопечение, выделка кожи, получение льна, натурального шелка, силосование кормов для скота, изготовление кисломолочных продуктов, сыров, квашенной капусты, Виноделие Пивоварение биотехнологическийе приемы Фармации и медицины : Яды животных и растений, Желчь и другие биожидкости, настойка из коры хинного дерева для купирования лихорадочных приступов при малярии, гирудотерапия, апитерапия растительные опиаты и алкалоиды, профилактика натуральной оспы содержимым пустул телят, больных коровьей оспой и мн. др. в основе современной профилактической и клинической медицины.

9 II – Научно-практический период ( годы ) Л. Пастер – основоположник научной микробиологии и ее дисциплин (промышленной, медицинской, химической и санитарной микробиологии). -установил микробную природу процессов брожения, -доказал анаэробный путь метаболизма и возможности жизни в бескислородных условиях, - научные основы вакцинопрофилактики и вакцинотерапии (иммунология), - метод стерилизации (Пастеризация). де Бари – основоположник микологии, основа современных классификационных схем макро и микромицетов. Д.И. Ивановский г вирус табачной мозаики, после открыты другие вирусы = вирусология Важнейшие достижения: доказана видовая индивидуальность микробов Микроорганизмы выделены в чистых культурах и размножены и выращены на питательных средах для воспроизведения природных процессов (брожения, окисления и пр.) начато изготовление пищевых прессованных дрожжей, Получены бактериальные метаболиты (ацетон, бутанол, лимонная и молочная кислоты). созданы биоустановки для микробиологической очистки сточных вод.

10 III – Биотехнический период гг «Методы изучения обмена веществ у плесневых грибов» (А. Клюйвер, Л.Х.Ц. Перкин) начало промышленной биотехнологии: 1. технические приемы внедрения в производство крупномасштабного герметизированного оборудования, обеспечивающего проведение процессов в стерильных условиях. 2. методические подходы к оценке и интерпретации получаемых результатов при глубинном культивировании грибов гг становление и развитие производства антибиотиков. За 40 лет решены основные задачи по –конструированию, созданию и внедрению в практику промышленного оборудования в том числе биореакторов.

11 Произ вод- ство пенициллина

12 IV – молекулярный или геотехнический период 1972 г - первая рекомбинантная молекула ДНК ( П. Берг с сотрудниками,США) г коммерческий генно-инженерный человеческий инсулин. Другие генно-инженерные препараты: – интерфероны, –фактор некроза опухоли (TNF), –интерлейкин-2, – соматотропный гормон человека.

13 Основные направления биотехнологии Биотопливные элементы превращают химическую энергию субстратов в другие виды энергии получение источников энергии – биогаза, углеводов. производство водорода, с помощью хемотрофных и цианобактерий, водорослей, некоторых простейших Биосенсоры –высокочувствительные искусственные элементы биологической природы, способные распознавать микроколичества веществ в любом агрегатном состоянии. биологические молекулы избирательно взаимодействуют с микроколичествами химических веществ, изменения которых регистрируются и визуализируются электронной аппаратурой. датчики аналитических приборов в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, охране окружающей среды для выявления углеводов, мочевины, лактата, креатинина, этанола, аминокислот и др. веществ. Биоэнерготехнология

14 Космическая биотехнология – Невесомость - изменение течения физико-химических процессов: снижение конвекции, исключение седиментации, силы поверхностного натяжения больше гравитационных, исключение пристеночных явлений (протекание процессов без емкостей). легче создать условия для кристаллизации белков в чистом виде для различных целей и для рентгеноструктурного анализа. легче инкапсулировать клетки в полупроницаемые мембраны, –например клетки поджелудочной железы животных, для последующей имплантации больным сахарным диабетом, где они будут синтезировать инсулин, –инкапсулированные клетки печени можно использовать для создания искусственных органов для очистки крови.

15 Инженерная энзимология – использование каталитических функций ферментов в изолированном состоянии или в составе клеток для получения разнообразных продуктов. Биогеотехнология – использование микроорганизмов для добычи полезных ископаемых, получение редкоземельных металлов, удаление метана в шахтах и т.п. Медицинская биотехнология – создание средств или/и веществ медицинского назначения, препаратов крови, трансплантатов и биопротезов. Биотехнология лекарственных средств – из более 1000 наименований лекарственных средств, минимум треть производится или может быть произведено биотехнологический. Иммунобиотехнология – производство вакцин, иммуноглобулинов крови, иммуномодуляторов, моноклональных антител и т.п.

16 Возможности 1. точная и ранняя диагностика, профилактика и лечение инфекционных и генетических заболеваний; 2. повышение урожайности сельхоз. культур путем создания растений устойчивых к вредителям, болезням и неблагоприятным условиям окружающей среды; 3. создание микроорганизмов продуцирующих различные БАС (антибиотики, полимеры, аминокислоты, ферменты); 4. создание пород сельхоз животных с улучшенными наследуемыми признаками; 5. переработка токсичных отходов – загрязнителей окружающей среды

17 Опасения и этические аспекты вредное воздействие генно-инженерных организмов на другие организмы или окружающую среду; уменьшение природного генетического разнообразия при создании рекомбинантных организмов; Изменение генетической природы человека с помощью генно-инженерных методов; нарушение права человека на неприкосновенность частной жизни при применении новых диагностических методов; патентование генно-инженерных животных; доступность только богатым с целью получения прибыли; Экономический ущерб традиционному сельскому хозяйству; вытеснение биотехнологическийми подходами к лечению, традиционных эффективных методов лечения; борьба за приоритеты мешает свободному обмену мыслями между учеными.