Регулирование и оптимизация культивирования

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Билет №1

Регулирование и оптимизация культивирования.

Регулирование и оптимизация культивирования связаны с кинетикой роста микроорганизмов, выбранного метода и способа. Клеточный рост включает два процесса: 1) поглощение клеткой питательных веществ из окружающей среды; 2) выделение конечных продуктов метаболизма клетки в среду. Эти процессы осуществляются с разной скоростью в различных биологических объектах. При этом есть несколько типичных путей утилизации субстрата и образования продуктов жизнедеятельности. Прежде всего, необходимо учитывать, что есть две взаимодействующие системы: биологическая фаза, состоящая из популяции, и фаза, окружающая популяцию, – среда. Клетки выделяют тепло, а температура среды определяет температуру клеток. В результате накопления клеточной массы и продуктов метаболизма изменяется вязкость среды, в свою очередь среда оказывает механическое воздействие на клетки посредством гидростатического давления. Также изменяются рН и ионная сила.

1)Регулируем концентрацию питательных веществ

2) изменение рН,

3) температуры и других параметров

4) содержание О2 и СО2

Основное ферментационное оборудование

Биореактор, ферментер или ферментатор — это закрытая или открыта емкость, в которой при определенных условиях (давление, температура, концентрация сухих веществ, рН среды и т.д.) протекает на клеточном или молекуляром уровне контролируемая реакция, осуществляемая с помощью микроорганизмов.

Ферментация – это процесс распада органических веществ под влиянием ферментов. Для осуществления данного процесса применяют ферментационное оборудование КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТЕРОВ

В зависимости от осуществляемых в них процессов, ферментеры могут быть разделены на следующие группы:

1. аэробные, анаэробные;

2. периодические, непрерывные;

3. стерилизуемые, не стерилизуемые;

4. целевой продукт в клетках, вне клеток;

5. глубинные на растворимых и не растворимых субстратах;

6. близкие к идеальному перемешиванию, идеальному вытеснению.

Наиболее универсальна и чаще всего применяется на практике классификация ферментеров по способу ввода энергии в аппарат (по способу осуществления процессов аэрирования и перемешивания):

1.- с газовай фазой;

2.- с жидкой фазой;

3.- с газовой и жидкой фазой (комбинированные).

Самый простой ферментер состоит из емкости 1, определяющей рабочий объем аппарата, системы ввода и вывода жидкостных и газовых потоков 2, системы перемешивания 3, обеспечивающей наиболее полное смешение компонентов питательной среды, системы диспергирования воздуха (при проведении аэробных процессов) - барботера 4, охлаждающих устройств для отвода тепла - змеевика 5 и рубашки 6.
Под ферментацией понимают всю совокупность последовательных операций от внесения в заранее приготовленную и нагретую до требуемой температуры среду посевного материала и до завершения процесса роста клеток или биосинтеза целевого продукта. По окончании ферментации образуется сложная смесь, состоящая из клеток продуцента, раствора непотребленных питательных компонентов и накопившихся в среде продуктов биосинтеза. Такую смесь называют культуральной жидкостью.

Билет №2

Билет №3

В производстве пенициллина в начале ферментации было добавлено в питательную среду определённое количество фенилуксусной кислоты, что привело к снижению выхода целевого продукта. Какая ошибка была допущена в данном процессе.

Фенилуксусная кислота участвует в процессе образования бензилпенициллинов, в результате чего образуются новые связи, замыкающие пептиды с образованием бета-лактамного кольца, при этом выделяется аминоадипиновая кислота и кофермент А. Внесение фенилуксусной кислоты в начале процесса тормозит протекание взаимосвязанных превращений, т.к. данный агент участвует только в заключительной стадии процесса.

Билет №4

1. Типовая схема получения биомассы:

Биомасса –это общая масса особей одного вида, группы видов или сообщества в целом (растений, микроорганизмов и животных) на единицу поверхности или объема местообитания; чаще всего выражают в массе сырого или сухого вещества (г/кв. м, кг/га, г/куб. м и т. д.). Биомасса растений называется фитомассой, биомасса животных – зоомассой, а микроорганизмов — массой микроорганизмов.

Выделяют Б. консументов, продуцентов, редуцентов и т. п.

Биотехнологические продукты получают по индивидуальным технологиям со своими агентами, сырьём, количеством стадий, технологическими режимами. Тем не менее можно выделить схему, типовую для получения биомассы.

Она включает: подготовительные стадии, собственно биотехнологические стадии, к которым относят: ферментацию, биотрансформацию, биокатализ, биоокисление, метановое брожение, следующие стадии – это стадии разделения жидкости и биомассы( отстаивание, фильтрация, флотация, сепарация и центрифугирование); следующая стадия – стадия очистки продукта( экстракция, осаждение, адсорбция) следующие стадии – это стадии концентрирования продукта и изготовление готовой формы продукта.

Основной в этой схеме является биотехнологическая стадия, главная задача которой - получение определённого органического вещества. Она включает в себя ряд следующих биологических процессов, с помощью которых сырьё превращается в тот или иной конечный продукт. Ферментация - особый класс химических превращений вещества, состоящий из серии взаимосвязанных реакций синтеза и разложения, протекающих в органических веществах под воздействием ферментов. Биотрансформация - процесс изменения химической структуры вещества под действием ферментов или ферментативной активности клеток микроорганизмов. Биокатализ - химические превращения вещества, протекающие с использованием биокатализаторов - ферментов. Биоокисление - потребление загрязняющих веществ с помощью микроорганизмов или ассоциации микроорганизмов в аэробных условиях. Метановое брожение - переработка органических отходов с помощью ассоциации метаногенных микроорганизмов в анаэробных условиях.
Подготовительные стадии служат для приготовления и подготовки необходимых видов сырья биотехнологической стадии. Здесь используют следующие процессы: приготовление среды, её стерилизацию, подготовку посевного материала и биокатализатора, предварительную обработку сырья. Разделение жидкости и биомассы осуществляют различными способами, отличающимися движущей силой процесса: отстаивание - разделение под действием сил гравитации (при очистке сточных вод); фильтрация - пропускание суспензии через фильтрующий материал под действием разности давлений с целью задержки биомассы на поверхности материала. сепарация или центрифугирование - разделение под действием центробежных сил. Выделение продуктов биосинтеза, очистка и концентрирование продукта являются вспомогательными процессами для получения продукта в готовой форме.

. Общими для выделения внутри- и внеклеточных продуктов являются экстракция осаждение, адсорбция, ионный обмен. Экстракция - переход целевого продукта из водной фазы в несмешивающуюся с водой органическую жидкость (экстрагент). Осаждение - выделение целевого продукта путём добавления к жидкости реагента, взаимодействующего с растворённым продуктом и переводящего его в твердую фазу. Адсорбция - перевод растворенного в жидкости продукта в твёрдую фазу путём его поглощения твёрдым носителем - сорбентом. В зависимости от места, которое занимают биотехнологические продукты в типовой технологической схеме, они могут представлять собой: 1) газы со стадии ферментации (примеры - углекислый газ, биогаз); 2) среду ферментации - кулыпуральную жидкость вместе с микроорганизмами (пример - кефир) или твердый субстрат (пример - сыр); 3) концентрат культуральной жидкости (пример - кормовой лизин); 4) жидкость, полученную после отделения биомассы от культуральной жидкости (пример - квас, пиво); 5) инактивированную биомассу (пример - кормовые дрожжи); 6) жизнеспособную биомассу - биопрепарат (пример - пекарские дрожжи, силосные закваски); 7) ослабленную биомассу (пример - живые вакцины); 8) очищенный поток жидкости при очистке сточных вод и т.д.

Билет №5

Для эффективного проведения биотехнологического процесса большое значение имеет питательная среда, в которой микроорганизмы – продуценты БАВ используют в качестве источника азота различные азотсодержащие соединения, содержащие аминный азот или ионы аммония. Какие условия проведения ферментации по источнику азота при получении антибиотиков будут являться оптимальными?

Источники азота усиливают рост продуцентов беталактамных полиеновых антибиотиков (эритромицин, рифамицины), но отрицательно влияют на биосинтез антибиотиков.
Интенсивности биосинтеза антибиотиков способствует значительное уменьшение в среде источников азота, особенно легкоусвояемых. При этом происходит депрессия ферментов синтеза антибиотиков.
Выращивание продуцента на начальных этапах ферментации на обедненных средах нецелесообразно из-за малого накопления биомассы в тропофазе.

Билет № 6

Билет №7

Задачи маркетинговой службы

Ма́рке́тинг (в буквальном переводе с английского означает «действие на рынке», «рыночную деятельность») — это организационная функция и совокупность процессов создания, продвижения и предоставления продукта или услуги покупателям и управление взаимоотношениями с ними с выгодой для организации. В широком смысле задачи маркетинговой службы состоят в определении и удовлетворении человеческих и общественных потребностей. Служба маркетинга является самостоятельным структурным подразделением предприятия, подчиняется непосредственно коммерческому директору и руководствуется в своей деятельности действующим законодательством, указаниями и приказами, утвержденными планами работ. Работа службы ориентирована на гибкое приспособление всей хозяйственной деятельности предприятия к изменениям экономической ситуации в России, учета требований Потребителей. Основные задачи: -анализ ценовой, сбытовой, рекламной стратегий и методов стимулирования сбыта, используемых основными конкурентами в целом по России и в конкретных отраслях и регионах, выявление их сильных и слабых сторон;-анализ рынка основных видов сырья и прогноз возможных тенденций; -анализ причин неудовлетворенного спроса на продукцию предприятия и разработка предложений по снижению его размеров.

Билет №8

Билет №9

Методы культивирования.

Для культивирования микроорганизмов применяют поверхностный или глубинный способы.

При поверхностном способе микроорганизмы выращивают чаще всего на твердых (рыхлых, увлажненных до 30-80%, например, отрубях) или жидких (реже) питательных средах. В первом случае рост идет на поверхности твердых частиц и в порах, заполненных водой или воздухом, перемешивание отсутствует. Поверхностным способом выращивают аэробные микроорганизмы (например, плесневые грибы).

Глубинный способ характеризуется тем, что микроорганизмы развиваются во всей толще жидкой питательной среды в специальных аппаратах (ферментаторах). Метод применим как для выращивания аэробных (аэрация среды обязательна), так и анаэробных микроорганизмов. Во всех случаях проводят перемешивание питательной среды мешалками.

Культивирование глубинным способом может быть периодическим или непрерывным.

Сущность периодического способа заключается в том, что весь объем питательной среды загружают в аппарат сразу, добавляют культуру микроорганизмов и при оптимальных условиях ведут процесс до тех пор, пока не накопится нужное количество биомассы (например, при выращивании чистой культуры дрожжей, бактерий; в производстве хлебопекарных дрожжей) или продуктов жизнедеятельности микроорганизмов — метаболитов (например, спирта).

При периодическом культивировании изменяется состав среды (уменьшается концентрация питательных веществ и увеличивается количество метаболитов); скорость роста; морфологические и физиологические свойства культуры. К тому же возникают технологические трудности ^__циклический ход операций, сменные технологические режимы, что затрудняет контроль и автоматизацию процесса. Эффективность данного способа низкая (70% времени приходится на непроизводительные стадии ^__ лаг-фазу и фазу отмирания).

Эти недостатки устраняются применением непрерывных способов культивирования.

Данные методы характеризуются непрерывным поступлением в ферментер свежей питательной среды и непрерывным оттоком готовой культуральной жидкости вместе с клетками введенной культуры микроорганизма.

Билет №10

Билет 11

Билет №12.

Методы биотехнологии

В биотехнологии выделяют 2 метода:

1) Селекция;

2) Генная инженерия.

Для получения высокоактивных продуктов используют методы селекции. С помощью селекции получены промышленные штаммы микроорганизмов, синтетическая активность которых превышает активность исходных штаммов в десятки и сотни раз.

Селекция

Селекция - направленный отбор мутантов (организмов, наследственность которых претерпела скачкообразное изменение). Генеральный путь селекции - переход от простого отбора продуцентов к сознательному конструированию их геномов. Применяется ступенчатый отбор: на каждом из этапов из популяции микроорганизмов отбираются наиболее высокоэффективные клоны. Мутагенным действием обладают ультрафиолетовое, рентгеновское или у-излучение, некоторые химические соединения, вызывающие изменения первичной структуры ДНК. К числу наиболее известных и используемых мутагенов относятся азотистая кислота, алкилирующие агенты и т.д.

Проводят тотальную проверку (скрининг) полученных клонов. Отобрав наиболее продуктивные клоны, повторяют обработку тем же или другим мутагеном, вновь отбирают наиболее продуктивный вариант и т.д., т.е. речь идет о ступенчатом отборе по интересующему признаку.

Трудоемкость - основной недостаток метода индуцированного мутагенеза и последующего ступенчатого отбора. Недостатком метода является также отсутствие сведений о характере мутаций, исследователь проводит отбор по конечному результату.

Генетическая инженерия

Генетическая инженерия – направленная модификация биообъектов в результате введения искусственно созданных генетических программ.

Уровни генетической инженерии:

1) генная – прямое манипулирование рекомбинантными ДНК, включающими отдельные гены;

2) хромосомная – манипулирование с группами генов или отдельными хромосомами;

3) геномная (клеточная) – перенос всего или большей части генетического материала от одной клетки к другой (клеточная инженерия). В современном понимании генетическая инженерия включает технологию рекомбинантных ДНК.

Работа в области генетической инженерии включает 4 этапа:

1) получение нужного гена;

2) встраивание его в вектор, способный к репликации;

3) введение гена с помощью вектора в организм;

4) питание и селекция клеток, которые приобрели желаемый ген.

Генетическая инженерия высших растений осуществляется на клеточном, тканевом и организменном уровне.

Основой клеточной инженерии является гибридизация соматических клеток – слияние неполовых клеток с образованием единого целого. Слияние клеток может быть полным или с введением их отдельных частей (митохондрий, хлоропластов и т.д.).

Билет 13

1. Биотехнологическая переработка органических отходов.
Благодаря антропогенной деятельности человека (промышленной, сельскохозяйственной, бытовой и т.д.) постоянно происходит изменение физических, химических и биологических свойств окружающей среды, причём многие из этих изменений весьма неблагоприятны. Прогнозируется, что биотехнология будет оказывать многообразное и всё возрастающее влияние на способы контроля за окружающей средой и на её состояние

Органические отходы в соответствии с источником подразделяются на бытовые, промышленные и сельскохозяйственные, а по физическому состоянию – на жидкие, полужидкие текучие и твёрдые.

Биологическая очистка стоков. В наст.время применяется очистка сточных вод с помощью активного ила – сложной смеси микроорганизмов, такой способ позволяет перерабатывать большие объёмы стоков с самыми разнообразными загрязнениями – от хозяйственно-бытовых до промышленных.

Биокомпостирование твёрдых отходов. Аналогом аэробной очистки стоков является аэробное биокомпостирование твёрдых отходов. Твёрдые отходы смешиваются с микроорганизмами, разлагающими вредные загрязнения, и балластным материалом типа торфа, который обеспечивает доступ кислорода к микроорганизмам. Это позволяет превратить отходы в удобрение или просто использовать их в качестве подсыпки для дорог, в строительстве и в других случаях.

Метановое сбраживание твёрдых отходов. С 1901 года успешно применяют анаэробное сбраживание осадка избыточного активного ила, образующегося при работе установок биологической очистки сточных вод. Сбраженный осадок, если только он не содержит повышенных концентраций тяжёлых металлов, успешно используют как удобрение. Он лучше исходного осадка по составу, и в нём почти полностью отсутствуют болезнетворные микроорганизмы [2].

Биотехнологические приемы переработки органических отходов являются примером эффективного контроля за состоянием окружающей среды. Основной целью переработки этого типа отходов является получение вторичного сырья, горючих веществ или продукции, которую можно использовать в разных сферах жизнедеятельности человека. Например, после переработки можно получить: 1)газ для использования в автономных установках обогрева; 2)органические удобрения для сельского хозяйства; 3)добавки к кормам для животноводческой или рыбной отрасли и др.

Билет №15

Получение аминокислоты может быть осуществлено химическим, химико-энзиматическим путём, гидролизом белковосодержащих субстратов, а также прямым микробиологическим синтезом. Предложите и обоснуйте выбор метода, если этой аминокислотой является лизин, глицин и метионин.

Лизин получают биосинтезом путем реингибирования активности аспартокиназы и блокированием синтеза треонина из штамма продуцента коринобактерий. Биотехнологический синтез глицина осуществляют микроорганизмами –продуцентами глицина –бревибактериум лактоферментум и бактерии рода коринобактериум. Технология получения глицина с помощью микроорганизмов базируется на принципах ферментации продуцентов и выделения вторичных метаболитов, т.е. размножают маточную культуру на агаризованной среде в пробирках, затем на жидкой среде в колбах, инокуляторах и посевных аппаратах, а затем в головных (основных) ферментаторах. Изолированные чистые кристаллы целевого продукта обычно высушивают под вакуумом и упаковывают. Метионин – в основном химическим способом – тонкий органический синтез, так как D-изомер его малотоксичен. Метионин можно получить биосинтезом в цепочке получения лизина после образования гомосерина.

Билет №16

1. Методы стерилизации в биотехнологии

Асептика, антисептика и дезинфекция –методы стерилизации в биотехнологии

Асептика - средства по предотвращению попадания микроорганизмов из окружающей среды в организм человека при лечебно-диагностических манипуляциях и в исследовательский материал и питательные среды в биотехнологических производствах. Предполагается стерилизация инструментов, материалов, рук персонала и соблюдение санитарно-гигиенических правил и приемов в работе
Антисептика - средства по уничтожению микроорганизмов, которые способны вызвать заражение кожных и слизистых покровов. Для этого используются химические вещества - антисептики, оказывающие антимикробное действие: 70% этиловый спирт, спиртовой 5% раствор йода, растворы хлорамина (0,5-2%), формалина (0,5-1%), перманганата калия (0, 1%), 1-2% растворы метиленового синего или бриллиантового зеленого и т.п. (например, местная обработка йодом в хирургической терапии).
Дезинфекция - обеззараживание объектов окружающей среды с помощью химических веществ: хлорная известь (0,1-10%), хлорамин (0,5-5%), фенол или карболовая кислота (3-5%), лизол (3-5 %) и т.д. (например, обработка предметов: полов, стен и т.д., включение бактерицидной лампы).

Стерилизация является одним из важнейших и необходимых приемов в биотехнологической и микробиологической практике. Культивирование организмов проводится обязательно в стерильных условиях. Под стерилизацией или обеззараживанием понимают полное уничтожение живых микроорганизмов и их покоящихся форм (спор) в питательных средах, посуде, сухих материалах, инструментах и других предметах лабораторного оборудования. По характеру действия методы стерилизации в биотехнологии и не только, делятся на физические, механические и химические.

Физические методы стерилизации: прокаливания в пламени; стерилизация сухим жаром (горячим воздухом в сушильном шкафу); стерилизация кипячением; стерилизация насыщенным паром под давлением (автоклавирование); дробная стерилизация (тиндализация)-применяется для веществ, легко разрушаемых – сыворотка крови, растворы витаминов; стерилизация ультрафиолетовым облучением.

Химические методы стерилизации: дезинфекция антисептиками.

Механический метод стерилизации: фильтрация с помощью мембранных фильтров и фильтров Зейтца.

Механическое фильтрование

Органические жидкости не выносят нагревания, освобождают от бактерий, пропуская через стерильные мелкоячеистая фильтры. Эти фильтры задерживают микроорганизмы, их называют бактериальными фильтрами. Широко применяются асбестовые и мембранные фильтры с различным диаметром пор. Применяются также фарфоровые (из кварцевого песка и каолина), стеклянные и фильтры с инфузорной земли (с диатомита или кизельгура).

Химическая стерилизация

Применяются химические дезинфицирующие вещества. Обычно носит не предсказуемый результат для продуцентов и конечных продуктов, не имеет широкого применения в биотехнологических производствах.

Возможность и целесообразность применения того или иного способа определяется особенностями материала, подлежащего стерилизации, его физическими и химическими свойствами, целью исследования. Чаще всего в биотехнологии и микробиологической практике применяется термическая стерилизация.

Производственная мощность.

Производственная мощность предприятия – максимально возможный годовой (суточный, сменный) выпуск продукции (или объем переработки сырья) в номенклатуре и ассортименте при условии наиболее полного использования оборудования и производственных площадей, применения прогрессивной технологии и организации производства.
Для измерения производственной мощности используются натуральные и условно-натуральные измерители (тонны, штуки, метры, тысячи условных банок и т.д.).|
Различают три вида мощности:

· проектную (предусмотренную проектом строительства или реконструкции);

· текущую (фактически достигнутую);

· резервную (для покрытия пиковых нагрузок).

При определении текущей мощности исчисляют входную (на начало года), выходную (на конец года) и среднегодовую мощность предприятия.

Среднегодовая мощность предприятия исчисляется по формуле:

где Мн.ч. - мощность на начало года;

Мввод. - мощность, вводимая в течение года;

Мвыб. - выбываемая мощность;

n1, n2 - количество месяцев с момента ввода или выбытия мощности, оставшихся до конца года.

Величина мощности зависит от многих факторов: количества установленного оборудования, технической нормы производительности ведущего оборудования, возможного фонда времени работы оборудования и использования производственных площадей на протяжении года, номенклатуры, ассортимента и качества изготавливаемой продукции, нормативов продолжительности производственного цикла и трудоемкости изготовляемой продукции (выполняемых услуг) и т.д.

Производственная мощность предприятия определяется по мощности ведущих производственных цехов, участков или агрегатов, т.е. по мощности ведущих производств.

В общем виде производственная мощность ведущего цеха может быть определена по формуле:

Т * а * m ,

где a - производительность оборудования в час;

T - годовой фонд рабочего времени оборудования, час.;

m - среднегодовое количество оборудования.

Получение субстанции аскорбиновой кислоты является многостадийным процессом, в котором сочетаются методы органического и микробиологического синтеза. Какой предшественник аскорбиновой кислоты получают биотехнологическим методом и какое значение этого этапа для всего процесса в целом?

Производство аскорбиновой кислоты – трудоемкий процесс, включающий одну микробиологическую и несколько химических стадий. Исходным субстратом по первому способу является D-глюкоза. На последнем этапе оргсинтеза 2 кето L гулоновая кислота (2KLG) превращается в кислых условиях в L-аскорбиновую кислоту. 2 KLG можно получить биотехнологическим способом трансформации клеток erwinica herbicola.(эрвиникия гербикола). При этом d-глюкоза активно превращается в L-аскорбиновую кислоту. Второй способ – биотрансформация D-сорбита в L-сорбозу при участии ацетатных бактерий методом глубинной ферментации. Это позволяет сократить стадии химического производства.

Билет №17

Б/т в растениеводстве.

Все биотехнологические этапы производственных процессов peaлизуются с помощью живых организмов. В основе большинства классических методов биотехнологии используются ферментативные процессы и в большинстве случаев объектами исследований являются микроорганизмы. Однако, бесспорное значение имеют и другие живые организмы-растения и животные, улучшение которых осуществляется с применение традиционных методов генетики, селекции, физиологии, биохимии и др. Универсальный характер современной биотехнологии проявляется широком использовании методов клеточной и генной инженерии.

Человечество с надеждой ожидает создание таких клеточных культур, с помощью которых можно будет производить ценные лекарственные препараты, устранить ряд наследственных, раковых и других заболеваний способствовать очистке и улучшению экологического состояния окружающей среды. Особенно перспективным представляется возможность получения новых высокопродуктивных форм растений с улучшенными показателями качества продукции. Темпы развития биотехнологии в настоящее время можно сравнить с впечатляющим прогрессом компьютерной техники более 20 лет назад, а толчком к этому послужило рождение генетической и клеточной инженерии.

В растениеводстве основные исследования биотехнологов направлены на создание улучшенных и принципиально новых форм с/х растений ,обладающих единичной или комплексной устойчивостью к биотическим или абиотическим стрессовым факторам среды и повышении их продуктивности и качества.Важнейшей задачей биотехнологов вместе с генетиками и селекционерами остается индентификация эффективных генов ,детерминирующих важнейшие признаки устойчивости растений к стрессовым факторам среды.Для этого в первую очередь используют выявленные и изученные источники и доноры устойчивости.В настоящее время проводится работа по созданию банков эффективных генов во многих странах.Широкое распространениее в мире и в России получили исследования про природным и синтетическим регуляторам роста развития растений ,позволяющие решать вопросы : регулирования сроков созревания урожая, повышение его качества ,устойчивости к абиотическим факторам среды, болезням и вредителям.

Б/т в животноводстве.

В настоящее время в результате успехов фундаментальных наук возникла возможность развития принципиально новых эффективных методов влияния на организм животных и на их наследственность. Использование биотехнологии позволяет решать большое количество задач, направленных на улучшение генотипа сельскохозяйственных животных.

Внедрение результатов биотехнологических исследований в животноводство происходит в первую очередь в следующих областях деятельности:
1. Улучшение здоровья животных с помощью биотехнологии;
2. Новые достижения в лечении людей с помощью биотехнологических исследований на животных;
3. Улучшение качества продуктов животноводства с помощью биотехнологии;
4. Достижения биотехнологии в охране окружающей среды и сохранении биологического разнообразия.
Биотехнология животных включает в себя работу с различными животными (скотом, домашней птицей, рыбой, насекомыми, домашними животными и лабораторными животными) и исследовательскими приемами – геномикой, генной инженерией и клонированием. Биотехнология помогает улучшить продуктивность скота с помощью различных вариантов селекционного разведения. Для начала отбираются особи, обладающие желаемыми характеристиками, после чего, вместо традиционного скрещивания, производится забор спермы и яйцеклеток и последующее экстракорпоральное оплодотворение. Через несколько дней развивающийся эмбрион имплантируется в матку суррогатной матери соответствующего вида, но необязательно той же породы.

При биосинтезе антибиотиков должны присутствовать фосфаты, но в определённом количестве. Что будет, если при биосинтезе пенициллинов и цефалоспаринов фосфорные соединения (АТФ) будут в избытке? Как это объяснить на биохимическом уровне.

Высокое содержание в среде фосфора в виде неорганических фосфатных солей неблагоприятно для синтеза большинства антибиотиков. Общая причина этого – обогащение клетки макроэнергетическими фосфорными соединениями (прежде всего АТФ), что повышает скорость роста мицелия. Накапливается много биомассы, но относительно мало антибиотика. Неблагоприятные действия фосфора на синтез бета-лактамных антибиотиков на биохимическом уровне объясняется образованием LLD-трипептида – ключевого соединения, с которого начинается синтез пенициллинов и цефалоспоринов, ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Взаимодействие легкоокисляемого сахара и фосфора отрицательно влияет на биосинтез. Однако фосфор не может быть полностью исключен. Биосинтез снижается при его избытке, поэтому для каждого штамма подбирается его оптимальное количество.

Билет № 18

1. Кинетика роста микроорганизмов и образование продуктов метаболизма

1. Стадии и кинетика роста микроорганизмов

Как известно, микроорганизмы, попав в свежую полноценную питательную среду, начинают размножаться не сразу. Этот период называют лагфазой - Iфаза (рис.1). В этот период культура как бы привыкает к новым условиям обитания: активируются ферментные системы, если необходимо, синтезируются новые ферментные системы, клетка готовится к синтезу нуклеиновых кислот и других соединений. Продолжительность этой фазы зависит от физиологических особенностей микроорганизмов, состава питательной среды и условий культивирования. Чем эти различия меньше и чем больше посевного материала, тем короче эта фаза.

Рис.1. Кривая роста микроорганизмов (зависимость количества клеток от времени культивирования); I,II,III,IV,V,VI,VII– фазы роста

IIфаза называется фазой ускоренного роста, она характеризуется началом деления клеток, увеличением общей массы популяции и постоянным увеличением скорости роста культуры; обычно она непродолжительна.

Затем следует логарифмическая, или экспоненциальная фаза роста - IIIфаза. В этот период отмечается максимальная скорость роста культуры, интервалы между появлением предыдущего и последующего поколения постоянны. Логарифм числа клеток линейно зависит от времени.

Вследствие интенсивного роста и размножения культуры запас необходимых питательных веществ в среде уменьшается. Это является основной причиной снижения скорости роста культуры. Кроме того, в среде накапливаются продукты метаболизма, которые в определенной концентрации могут мешать нормальному протеканию биохимических процессов обмена веществ. Иногда в питательной среде образуется так много клеток, что для новых поколений клеток не хватает пространства, а точнее, поверхности. Скорость роста снижается, уменьшается число делений клеток, наступает IVфаза – фаза замедления или уменьшения скорости роста.

Vфаза называется стационарной (фазой линейного роста). Масса и количество всех живых клеток достигает максимума. Количество вновь образовавшихся клеток на этом этапе равно количеству клеток, отмерших и автолизованных (разрушенных клеточными ферментами).

В какой-то момент это равновесие нарушается и количество отмерших клеток превышает прирост. Наступает VIфаза – фаза ускорения отмирания.

Завершается цикл роста и развития популяции в замкнутом объеме VIIфазой, характеризующейся отмиранием и автолизом микроорганизмов, которая называется фазой отмирания. На этой стадии биомасса клеток значительно уменьшается, так как запасные вещества клетки исчерпываются.

Кинетика роста микроорганизмов

Для выращивания любой культуры необходимы: 1) жизнеспособный посевной материал; 2) источники энергии и углерода; 3) питательные вещества для синтеза биомассы; 4) отсутствие ингибиторов роста; 5) соответствующие физико-химические условия (температура, рН среды, наличие или отсутствие кислорода и др.).

Если все эти требования выполнены, то скорость роста (увеличения биомассы) одноклеточных микроорганизмов с бинарным делением, размножающихся в условиях хорошо перемешиваемой периодической культуры, будет пропорциональна концентрации микробной массы, то есть:

dx	= μ x ,
d t

где dx/dt– скорость роста; μ - коэффициент пропорциональности, обычно называемый удельной скоростью роста; х – концентрация биомассы (на сухой вес). Если μ является постоянной величиной, то такой рост культуры микроорганизмов называют экспоненциальным или логарифмическим. Он имеет место тогда, когда состав микробной биомассы и условия окружающей среды остаются постоянными. Это относится и к смешанным культурам, в которых одноклеточные организмы равномерно распределены в культуральной среде.

2. Продукты микробного брожения и метаболизма

К продуктам метаболизма относятся первичные метаболиты, вторичные метаболиты, ферменты и сама клеточная биомасса (так называемые белки одноклеточных микроорганизмов).

Первичные метаболиты– это низкомолекулярные соединения (молекулярная масса менее 1500 дальтон), необходимые для роста микробов; одни из них являются строительными блоками макромолекул, другие участвуют в синтезе коферментов. Среди наиболее важных для промышленности метаболитов можно выделить аминокислоты, органические кислоты, пуриновые и примидиновые нуклеотиды, витамины и др. Исходными штаммами для промышленных процессов служат природные организмы и культуры с нарушениями регуляции синтеза этих метаболитов, так как обычные микробные клетки не производят избытка первичных метаболитов.

Вторичные метаболиты– это низкомолекулярные соединения, образующиеся на более поздних стадиях развития культуры, не требующиеся для роста микроорганизмов. По химическому строению вторичные метаболиты относятся к различным группам соединений. К ним относят антибиотики, алкалоиды, гормоны роста растений, токсины и пигменты.

Билет №20

Фиторемедиация .

Фиторемедиация — очистка грунтов, вод и воздуха с использованием зеленых растений. С помощью этого метода можно снизить количество металлов, пестицидов, нефти, растворителей и многих других загрязняющих веществ.

Используемые виды растений

Для фиторемедиации может быть использован широкий спектр как наземных, так и водных растений (гидроботаническая очистка), например:

· Тростник (Phragmiittes communiis)

· Ива (Salix cinerea, Salix peuntandra)

· Ряска (Lemna sp.)

В настоящее время производятся активные исследования гипераккумуляторов (например, водяной гиацинт —Eichhornia crassipes — уже применяется в фиторемедиации), а также возможности генной модификации растений (трансформация растений бактериальными генами, ответственными за деградацию органических веществ, например,метилртути и взрывчатых веществ).

Так например Phytotech, Inc. заявляет что их генетически модифицированный подсолнух может убирать до 95% вредных веществ за 24 недели.

Преимущества фиторемедиации

- относительно низкая себестоимость проводимых работ по сравнению с традиционными очистными сооружениями.

- возможность произведения ремедиации на местности без необходимости транспортировки почвы

- безопасность для окружающей среды;

- теоретическая возможность экстракции ценных веществ (Ni, Au, Cu) из зеленой массы растений;

Примером безотходной технологии является сочетание фиторемедиации с выращиванием растений на загрязненных почвах для получения биотоплива.

- возможность мониторинга процесса очистки;

- качество очистки не уступает традиционным методам, особенно при небольшом объёме сточных вод

Подготовка и стерилизация лабораторного оборудования

Перед стерилизацией лабораторную посуду моют и сушат. Пробирки, флаконы, бутыли, матрацы и колбы закрывают ватно-марлевыми пробками. Поверх пробок на каждый сосуд (кроме пробирок) надевают бумажные колпачки.

Резиновые, корковые и стеклянные пробки стерилизуют в отдельном пакете, привязанном к горлышку посуды. Чашки Петри стерилизуют завернутыми в бумагу по 1—10 штук. Пастеровские пипетки по 3—15 шт. заворачивают в оберточную бумагу. В верхнюю часть каждой пипетки вкладывают кусочек ваты, предупреждающий попадание материала в окружающую среду. При завертывании пипеток нужно соблюдать большую осторожность, чтобы не обломать запаянные концы капилляров. Во время работы пипетки из пакета вынимают за верхний конец.

Виды стерилизации

Физические методы стерилизации: прокаливания в пламени; стерилизация сухим жаром (горячим воздухом в сушильном шкафу) стерилизация кипячением; стерилизация насыщенным паром под давлением (автоклавирование); дробная стерилизация (тиндализация)-применяется для веществ, легко разрушаемых – сыворотка крови, растворы витаминов.стерилизация ультрафиолетовым облучением.

Химические методы стерилизации: дезинфекция антисептиками.

Механический метод стерилизации: фильтрация с помощью мембранных фильтров и фильтров Зейтца.

Билет № 21

Билет № 23.

Билет № 24

Билет № 25

Направления биотехнологии

Биотехнология — это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.
В широком смысле биотехнология представляет собой пограничную между биологией и техникой научную дисциплину и сферу практики, изучающую пути и методы изменения окружающей человека природной среды в соответствии с его потребностями.
Поскольку биотехнология используется в различных отраслях промышленности и затрагивает многие сферы жизни человека, в мире принята следующая "цветовая" классификация биотехнологии:
Красная биотехнология (медицинская) – биотехнология связанная с обеспечением здоровья человека и потенциальной коррекцией его генома, а так же с производством биофармацевтических препаратов( протеинов, ферментов, антител).
Зелёная биотехнология (сельскохозяйственная) направлена на разработку и создание генетически модефецированных растений, устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам, определяет современные методы сельского и лесного хозяйства.
Белая биотехнология ( промышленная)- биотехнология определяющее производство биотоплива, биотехнологии в пищевой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Серая биотехнология ( экологическая ) - связанна с природоохранной деятельностью, биоремедиацией.
Синяя биотехнология ( аквабиотехнология) связана с использованием морских организмов и сырьевых ресурсов.
Методы биотехнологии используются при оптимальных условиях, более производительны, экологически чисты. Объектами биотехнологии служат микроорганизмы (вирусы, бактерии, протисты, дрожжи и др.), растения, животные, а также изолированные из них клетки и клеточные органоиды. Главными направлениями биотехнологии являются: 1) производство с помощью микроорганизмов и культивируемых эукариотических клеток биологически активных соединений (ферментов, гормональных препаратов, витаминов), лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток, высокоспецифичных антител и др.), а также белков, аминокислот, используемых в качестве кормовых добавок; 2) применение биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка сточных вод, загрязнений почвы и т. п.) и защиты растений от вредителей и болезней; 3) создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных.

2. Понятие и сущность бизнес-плана

Бизнес-план — план, программа осуществления бизнес-операций, действий фирмы, содержащая сведения о фирме, товаре, его производстве, рынках сбыта,маркетинге, организации операций и их эффективности.

Бизнес-план — краткое, точное, доступное и понятное описание предполагаемого бизнеса, важнейший инструмент при рассмотрении большого количества различных ситуаций, позволяющий выбрать наиболее перспективный желаемый результат и определить средства для его достижения. Бизнес-план является документом, позволяющим управлять бизнесом, поэтому его можно представить как неотъемлемый элемент стратегического планированияи как руководство для исполнения и контроля. Важно рассматривать бизнес-план как сам процесс планирования и инструмент внутрифирменного управления.

Бизнес-план — программный продукт, вырабатываемый в ходе бизнес-планирования.

Иногда бизнес-план отождествляют с техпромфинпланом, который был основным плановым документом деятельности предприятий в СССР.

Планирование бизнеса — это определение целей и путей их достижения, посредством каких-либо намеченных и разработанных программ действий, которые в процессе реализации могут корректироваться в соответствии с изменившимися обстоятельствами.

Факты свидетельствуют, что избавиться от генов резистентности полностью невозможно, а это ослабляет позиции антибактериальных препаратов. Что такое гены резистентности? Какие мероприятия можно предложить в борьбе с антибиотикорезистентностью?

Гены резистентности возникают в хромосоме или плазмиде бактериальной клетки как защитный механизм от воздействия антибиотика. Внухромосомные генетические элементы микробной клетки – концевые молекулы ДНК, имеющие размер в сотни раз меньше чем хромосомы. Плазмиды, несущие ген резистентности, получили название R-плазмид. Основная опасность резистентности в генетическом плане состоит в том, что плазмиды передаются из клетки в клетку конъюгацией (аналог полового процесса) – без деления клетки, однако плазмида при этом реплицируется. Мероприятия: изъятие антибиотика из клинической практики приведет к уменьшению распространения генов резистентности и через некоторое время антибиотик и близкие к нему препараты восстановят свою эффективность. Общая стратегия борьбы с антибиотикорезистентностью заключается в последовательной замене одних препаратов другими и возвращение старых препаратов по истечению определенного времени.