Колонии из одиночных клеток получают с помощью: метода плейтинга, кондиционированием среды, кормящего слоя, культуры-«няньки», микрокапли. Культура каллусных клеток используется в клеточной селекции и генетической инженерии.
2 ФЕРМЕНТНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ
Ферментами называют органические или биологические катализаторы, которые в отличие от химических имеют преимущества, т.к. действуют при нормальном давлении, температуре 20…70 °С, рН 4-9 и обладают высокой субстратной специфичностью. Источником получения могут быть растительное сырье, органы, ткани животных.
Для того чтобы в искусственных условиях не происходила инактивация ферментов, их прикрепляют к нерастворимой основе и называют иммобилизованными.
По современной классификации все ферменты делят на шесть основных классов по типу катализируемой реакции.
Тысячи различных ферментативных реакций протекают в клетке согласованно и одновременно, ферменты способны «узнавать» свой субстрат.
3 ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И СОЗДАНИЕ ГЕННОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИЩИ
Стремительное развитие химических и энзимологических методов привело к созданию рекомбинантных ДНК и положило начало новой науке – генетической инженерии, составной части современной биотехнологии.
В основе метода, позволившего непосредственно приступить к манипуляциям с генами, лежит открытие ферментов, названных рестрикционными эндонуклеазами (рестриктазами). Рестриктазы по-разному расщепляют ДНК. Одни вносят разрывы по оси симметрии узнаваемой последовательности, а другие – со сдвигом с образованием «ступеньки». В первом случае образуются так называемые «тупые» концы, а во втором – «липкие». Такие фрагменты удобны для создания рекомбинантных ДНК.
Для получения генетически трансформированных (модифицированных) организмов (ГМО) важна идентификация и создание эффективных генов для трансгеноза.
В качестве переносчиков генов в геном растений используют агробактерии. Созданы векторы на основе Ti- и Ri-плазмид. Вирусы растений рассматривают как потенциальные векторы. Создаются векторы на основе митохондриальной и хлоропластной ДНК. Имеются векторы на основе мобильных генетических элементов – транспозонов. Линии «ловушки энхансеров» - способ идентификации новых генов.
Трансформацию растительных клеток проводят методом кокультивации с агробактерией или методом прямого переноса генов в растение. Первый метод является одним из самых распространенных для получения трансгенных двудольных растений. Он основан на трансформации растительных эксплантов агробактериями, несущими векторную конструкцию, содержащую чужеродный ген, встроенный в область Т-ДНК.
Экспрессия (функционирование) донорских трансгенов в геноме реципиентов регулируется. Используют специфическую последовательность ДНК для автоматизации экспрессии трансгенов.
Методы генетической инженерии применяются для создания принципиально новых форм, линий и сортов сельскохозяйственных растений. Создаются штаммы для получения биопестицидов, а также штаммы с повышенной эффективностью азотфиксации и генотипов растений, обладающих способностью к симбиозу.
3.1 Биобезопасность в биоинженерии, законы и другие правовые и нормативные документы
Жизнь человека и общества, существование и деятельность государства должны быть надежно защищены от любых внутренних и внешних воздействий. Продукция должна отвечать требованиям биобезопасности. Имеется степень риска и опасности в биотехнологиях и биоинженерии, однако намечены пути их преодоления. Существует Федеральный закон о государственном регулировании генно-инженерной деятельности в РФ, постановления и другие нормативные акты Правительства РФ в области биобезопасности. Работает межведомственная комиссия при Правительстве РФ по генно-инженерной деятельности. Трансгенные растения, животные и микроорганизмы проходят регистрацию. Пищевые продукты, полученные из трансгенных растений и животных маркируются.
Международные акты: Картахенский протокол, Директивы ЕЭС.
4 ПРИМЕНЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПЕРЕРАБОТКЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
Применяется биотехнология в производстве пищевого белка. Мицелий высших грибов выращивают в биореакторе. Определенное значение в питании человека имеют микромицеты. Разработана технология производства водорослей Spirulina platensis и Spirulina maxima.
Один из способов интенсификации производства этилового спирта – использование ферментов.
Биотехнологические процессы используются при переработке молока, приготовлении молочнокислых продуктов, сыра и лактозы (молочного сахара), при переработке мяса.
Биотехнология используется для получения инвертных сахаров и подсластителей.
В результате ферментации сахарсодержащего сырья плесневым грибом Aspergillus niger получают пищевую лимонную кислоту. Основным сырьем для производства лимонной кислоты служит меласса. Биосинтез лимонной кислоты осуществляют поверхностным или глубинным способом.
Для получения молочной кислоты применяют различные штаммы бактерий рода Lactobacillus (в основном L. delbrueckii, L. bulgaricus). В качестве сырья для получения сусла применяют рафинадную патоку, мелассу, предварительно осахаренный картофельный и кукурузный крахмал. Молочную кислоту производят методом анаэробной глубинной ферментации.
Дрожжи для производства хлеба в основном применяют вида Saccharomyi cerevisiae, реже — Candida milleri. В хлебопечении используют следующие разновидности хлебопекарных дрожжей: прессованные, сушеные, молоко дрожжевое.
В настоящее время определены основные направления применения биотехнологических процессов в производстве вин, пива, растительных масел, хлеба, пектина и биологически активных добавок к пище.
5 БИОТРАНСФОРМАЦИЯ ВТОРИЧНЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ, ОТХОДОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА И ЖИВОТНОВОДСТВА
Растительное сырье – древесные отходы лесного хозяйства и побочные отходы земледелия, составляют традиционную углеводную базу для биотехнологических процессов.
Промышленные отходы могут быть самые разнообразные. Например, отходы пивоварения. Это хороший, но небольшой источник углеводов: пивная дробина, солодовые ростки, отходы подработки несоложенного ячменя.
К отходам картофелекрахмального производства относят клеточный сок картофеля и соковые воды, промывные воды после гидросмыва крахмала и мезга.
Проводится предварительная обработка сырья. В сырье дополнительно вносят микроэлементы, азот и фосфор, витамины. Для этого используют кукурузный экстракт, дрожжевые автолизаты и гидролизаты, отходы производства витаминов, лимонной кислоты и др. В состав сред вводят минеральные соли. Вода в составе сред не должна содержать загрязнений.
К отходам, не требующим специальных методов обработки, относится меласса, последрожжевая барда спиртовых заводов и молочная сыворотка.
Отходы консервной промышленности различаются по химическому составу не только в зависимости от вида сырья, но и от степени зрелости, условий хранения, вида изготовляемой продукции.
К отходам животноводства относят навоз и стоки животноводческих ферм.
При конверсии в биогаз навоза и других органических отходов происходят процессы их деградации. К субстрату предъявляются определенные требования. Возможно использование биогаза на производственные и бытовые нужды. Сброженный навоз отличается от активного.
Типы биогазовых установок отличаются по назначению. Существуют параметры расчета расхода тепла на собственные нужды биогазовой установки.
При расчёте эффективности биогазовых установок необходимо учитывать основные факторы. Использование биогаза перспективно в аграрном секторе и экономике страны
Задание для выполнения контрольной работы
К выполнению контрольной работы следует приступать после изучения рекомендуемой литературы, необходимо соблюдать общие требования к контрольным работам. Писать следует грамотно и разборчиво, а содержание ответов на поставленные вопросы должно быть четким, кратким и конкретным. В связи с этим материал нужно излагать логично и последовательно, не допуская механического переписывания текста.
В методических указаниях приведено 100 вариантов контрольной работы. В каждый вариант включено по 5 вопросов, номера которых помещены в таблице.
Студент находит свой вариант по таблице. Предпоследняя цифра шифра берется по вертикали, последняя – по горизонтали. Если студент имеет шифр 10165, то должен ответить на вопросы 4, 18, 62, 72, 114. Если номер шифра однозначный, то впереди номера следует ставить ноль.
Перечень вопросов контрольной работы
1. Цели и задачи биотехнологии
2. Возможности биотехнологии
3. Микроорганизмы как объекты биотехнологии
4. Основные отличия прокариот и эукариот
5. Клетки растений как объекты биотехнологии
6. Принцы составления питательных сред для культивирования микроорганизмов
7. Сырье, используемое в биотехнологии
8. Способы гидролиза растительного сырья
9. Устройство биореактора
10. Значение асептики в биотехнологических процессах
11. Получение посевного материала
12. Поверхностное культивирование микроорганизмов
13. Глубинное культивирование микроорганизмов
14. Выделение, концентрирование, очистка и сушка целевых продуктов при культивировании микроорганизмов
15. Техника введения в культуру in vitro и культивирование изолированных клеток и тканей растений
16. Сохранение in vitro генофонда. Коллекции и банки
17. Культура каллусных тканей
18. Получение безвирусного посадочного материала
19. Гормононезависимые растительные ткани
20. Биотехнология на основе изолированных протопластов