1 из 15

Презентация на тему: Биотехнология

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

Биотехнология БИОТЕХНОЛОГИЯ – производственное использование биологических агентов (микроорганизмы, растительные клетки, животные клетки, части клеток: клеточные мембраны, рибосомы, митохондрии, хлоропласты) для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений. В биотехнологических процессах также используются такие биологические макромолекулы как рибонуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), белки - чаще всего ферменты. ДНК или РНК необходима для переноса чужеродных генов в клетки.

№ слайда 3

Описание слайда:

История Биотехнологии Люди выступали в роли биотехнологов тысячи лет: пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, другие молочнокислые продукты, используя различные микроорганизмы и даже не подозревая об их существовании. Собственно сам термин "биотехнология" появился в нашем языке не так давно, вместо него употреблялись слова "промышленная микробиология", "техническая биохимия" и др. Вероятно, древнейшим биотехнологическим процессом было брожение. При раскопках Вавилона на дощечке, которая датируется примерно 6-м тысячелетием до н. э. В 3-м тысячелетии до н. э. шумеры изготовляли до двух десятков видов пива. Не менее древними биотехнологическими процессами являются виноделие, хлебопечение и получение молочнокислых продуктов. В традиционном, классическом, понимании биотехнология - это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов.

№ слайда 4

Описание слайда:

Введение: Важной составной частью биотехнологии является генетическая инженерия. Родившись в начале 70-х годов, она добилась сегодня больших успехов. Методы генной инженерии преобразуют клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих в "фабрики" для масштабного производства любого белка. Это дает возможность детально анализировать структуру и функции белков и использовать их в качестве лекарственных средств.

№ слайда 5

Описание слайда:

Основные задачи генной инженерии: 1. Получение изолированного гена. 2. Введение гена в вектор для переноса в организм. 3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм. 4. Преобразование клеток организма. 5. Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

№ слайда 6

Описание слайда:

Понятие генной инженерии Генетическая инженерия (генная инженерия) - совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

№ слайда 7

Описание слайда:

Развитие Во второй половине ХХ века было сделано несколько важных открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Ф. Сенгером и американским учёным У. Гилбертом (Нобелевская премия по химии 1980 г.). Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках - это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов - химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому учёные сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определённых генов, нужных человеку.

№ слайда 8

Описание слайда:

Генная инженерия человека В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков. Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей. При помощи генной инженерии можно получать потомков с улучшенной внешностью, умственными и физическими способностями, характером и поведением. С помощью генотерапии в будущем возможно улучшение генома и ныне живущих людей. В принципе можно создавать и более серьёзные изменения, но на пути подобных преобразований человечеству необходимо решить множество этических проблем.

№ слайда 9

Описание слайда:

№ слайда 10

Описание слайда:

Экономическое значение Генетическая инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путем использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.

№ слайда 11

Описание слайда:

Нокаут гена Для изучения функции того или иного гена может быть применен нокаут гена. Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации. Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, изменённый так, чтобы продукт гена потерял свою функцию. Для получения нокаутных мышей полученную генно-инженерную конструкцию вводят в эмбриональные стволовые клетки, где конструкция подвергается соматической рекомбинации и замещает нормальный ген, а измененные клетки имплантируют в бластоцист суррогатной матери. У плодовой мушки дрозофилы мутации инициируют в большой популяции, в которой затем ищут потомство с нужной мутацией. Сходным способом получают нокаут у растений и микроорганизмов.

№ слайда 12

Описание слайда:

Искусственная экспрессия Логичным дополнением нокаута является искусственная экспресия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.

№ слайда 13

Описание слайда:

Визуализация продуктов генов Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортёрным элементом, например, с геном зелёного флуоресцентного белка. Этот белок, флуоресцирующий в голубом свете, используется для визуализации продукта генной модификации. Хотя такая техника удобна и полезна, ее побочными следствиями может быть частичная или полная потеря функции исследуемого белка. Более изощрённым, хотя и не столь удобным методом является добавление к изучаемому белку не столь больших олигопептидов, которые могут быть обнаружены с помощью специфических антител.

№ слайда 14

Описание слайда:

Исследование механизма экспрессии В таких экспериментах задачей является изучение условий экспрессии гена. Особенности экспрессии зависят прежде всего от небольшого участка ДНК, расположенного перед кодирующей областью, который называется промотор и служит для связывания факторов транскрипции. Этот участок вводят в организм, поставив после него вместо собственного гена репортерный, например, GFP или фермента, катализирующего легко обнаруживаемую реакцию. Кроме того, что функционирование промотора в тех или иных тканях в тот или иной момент становится хорошо заметным, такие эксперименты позволяют исследовать структуру промотора, убирая или добавляя к нему фрагменты ДНК, а также искусственно усиливать его функции.

№ слайда 15

Описание слайда:

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Биотехнология занимает 2-е место по инвестиционной привлекательности после информационных технологий. Биотехнология (БТ) - дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

3 слайд

Описание слайда:

4 слайд

Описание слайда:

Биотехнология Сельское хозяйство Медицина Биокатализ Добыча полезных ископаемых Нанобио- технологии - химическая промышленность; - полупродукты для фарминдустрии. - новые ЛС и вакцины; - диагностикумы (включая микрочипы); - генодиагностика; - генотерапия; - индивидуальная медицина; - регенеративная медицина (стволовые клетки). - добыча металлов (гидрометаллургия); - добыча нефти (вторичная). - новые материалы; - биосенсоры; - биокомпьютеры. - биодеградация поллютантов; - замена хим. удобрений и пестицидов на биолог.; биодеградируемые пластики; - замена нефти на биомассу; - сокращение выброса CO2. Охрана окружающей среды - генно-инженерные растения и животные; - биопестициды, биоудобрения; - кормовые аминокислоты, антибиотики, витамины, ферменты. зеленая белая зеленая красная

5 слайд

Описание слайда:

Периоды развития бт I - Эмпирический период. II - Научно-практический период (этиологический). III - Биотехнический период. IV - Генотехнический период.

6 слайд

Описание слайда:

I - Эмпирический период (Около 6000 лет до н.э. - середина ХIХ в.) Характеризуется интуитивным использованием биотехнологических приемов и способов: хлебопечение, виноделие, пивоварение, получение кисломолочных продуктов, сыров, квашенной капусты, силосование кормов для скота и пр.; выделка кожи, получение натуральных красителей; получение натуральных волокон: льна, шелка, шерсти, хлопка; В фармации и медицине: гирудотерапия, апитерапия; профилактика натуральной оспы содержимым пустул телят, больных коровьей оспой.

7 слайд

Описание слайда:

II – Научно-практический период (1856-1933 гг.) Установление видовой индивидуальности микроорганизмов. Выделение микроорганизмов в чистых культурах и выращивание на питательных средах. Воспроизведение природных процессов (брожения, окисления и пр.). Производство биомассы пищевых прессованных дрожжей. Получение бактериальных метаболитов (ацетон, бутанол, лимонная и молочная кислоты). Создание систем микробиологической очистки сточных вод. Л. Пастер – основоположник научной микробиологии. Первая жидкая питательная среда (1859 год). А.де Бари – основоположник физиологической микологии и микрофитопатологии. Д.И. Ивановский – обнаружение вируса мозаичной болезни табака (1892 год) Введение в современную биотехнологию доцент С.Н.Суслина, РУДН

8 слайд

Описание слайда:

III – Биотехнический период (1933-1972 гг.) Начало промышленной биотехнологии. Внедрение в производство крупномасштабного герметизированного оборудования для ферментации в стерильных условиях. Методические подходы к оценке и интерпретации получаемых результатов при глубинном культивировании грибов. Становление и развитие производства антибиотиков (период Второй мировой войны). «Методы изучения обмена веществ у плесневых грибов» (А. Клюйвер, Л.Х.Ц. Перкин) – начало биотехнического периода. Введение в современную биотехнологию доцент С.Н.Суслина, РУДН

9 слайд

Описание слайда:

1936 - были решены основные задачи по созданию и внедрению в практику необходимого оборудования, в том числе главного из них - биореактора; 1938 - А. Тизелиус разработал теорию электрофореза; 1942 - М. Дельбрюк и Т. Андерсон впервые «увидели» вирусы с помощью электронного микроскопа; 1943 - пенициллин произведен в промышленных масштабах; 1949 - Дж. Ледерберг открыл процесс конъюгации у Е.colly; 1950 - Ж. Моно разработал теоретические основы непрерывного управляемого культивирования м/о; 1951 - М. Тейлер разработал вакцину против желтой лихорадки; 1952 - У. Хейс описал плазмиду как внехромосомный фактор наследственности; 1953 - Ф. Крик и Дж. Уотсон расшифровали структуру ДНК. 1959 - японские ученые открыли плазмиды антибиотикоустойчивости у дизентерийной бактерии; 1960 - С. Очоа и А. Корнберг выделили белки, которые могут «сшивать» или «склеивать» нуклеотиды в полимерные цепочки, синтезируя тем самым макромолекулы ДНК. Один из таких ферментов был выделен из кишечной палочки и назван ДНК-полимераза; 1961 - М. Ниренберг прочитал первые три буквы генетического кода для фенилаланина; 1962 - X. Корана синтезировал химическим способом функциональный ген; 1970 - выделен фермент рестриктаза (рестриктирующая эндонуклеаза). Значимые открытия, которые нашли свое отражение в биотехническом периоде

10 слайд

Описание слайда:

IV –генотехнический период с 1972г. 1972 - первая рекомбинантная молекула ДНК (П. Берг, США). 1975 - Г. Келлер и Ц. Мильштейн опубликовали статью, в которой описали метод получения моноклональных антител; 1981 - разрешен к применению в США первый диагностический набор моноклональных антител; 1982 - поступил в продажу человеческий инсулин, продуцируемый клетками кишечной палочки; разрешена к применению в Европейских странах вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК; разработаны генно-инженерные интерфероны, фактор некротизации опухоли, ИЛ-2, соматотропный гормон человека и др; 1986 - К. Мюллис разработал метод ПЦР; 1988 - начало широкомасштабного производства оборудования и диагностических наборов для ПЦР; 1997 - клонировано первое млекопитающее (овечка Долли) из дифференцированной соматической клетки.

11 слайд

Описание слайда:

основные направления биотехнологии Биотехнология Клеточная инженерия Объекты биотехнологии Культивируемые ткани Клетки животных Клетки растений Микроорганизмы, созданные методами генной инженерии Промышленная биотехнология Генетическая инженерия Биотехнология обработки стоков и контроль загрязнения воды тяжелыми Me. Биоэнергетика. Пищевая биотехнология. Медицинская биотехнология. Биотехнология молочных продуктов. Сельскохозяйственная биотехнология. Биоэлектроника. Биогеотехнология.

12 слайд

Описание слайда:

Биоэнергетика Сухое вещество - сгорание – тепло - механическая или электрическая энергия. Сырое вещество - получение биогаза (метана). Метановое «брожение», или биометаногенез был открыт в 1776 г. Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе. Биогаз представляет собой смесь из 65% метана, 30% (СО2), 1% (Н2S) и незначительных количеств (N2), (O2), H2и (CO).

13 слайд

Описание слайда:

Биотехнология обработки стоков и контроль загрязнения воды тяжелыми металлами Сточные воды обычно содержат сложную смесь нерастворимых и растворимых компонентов различной природы и концентрации. Бытовые отходы, как правило, содержат почвенную и кишечную микрофлору, включая патогенные микроорганизмы. Сточные воды сахарных, крахмальных, пивных и дрожжевых заводов, мясокомбинатов содержат в больших количествах углеводы, белки и жиры, являющиеся источниками питательных веществ и энергии. Стоки химических и металлургических производств могут содержать значительное количество токсических и даже взрывчатых веществ. Серьезное загрязнение возникает при попадании в окружающую среду соединений тяжелых металлов, таких как железо, медь, олово и др. Цель очистки сточных вод - удаление растворимых и нерастворимых компонентов, элиминирование патогенных микроорганизмов и проведение детоксикации таким образом, чтобы компоненты стоков не вредили человеку, не загрязняли водоемы.

14 слайд

Описание слайда:

Бактерии рода Pseudomonas практически всеядны. Например, P. putida могут утилизировать нафталин, толуол, алканы, камфару и др. соединения. Выделены чистые культуры микроорганизмов, способные разлагать специфические фенольные соединения, компоненты нефти в загрязненных водах и т.д. Микроорганизмы рода Pseudomonas могут утилизировать и необычные химические соединения - инсектициды, гербициды и другие ксенобиотики. Биологические методы также применимы для очистки сточных вод нефтяной промышленности. Для этого применяют аэрируемые системы биоочистки с активным илом, содержащим адаптированное к компонентам нефти микробное сообщество. В институте прикладной биохимии и машиностроения разработан отечественный препарат - биодеградант нефти и нефтепродуктов. Он позволяет утилизировать как сырую нефть, так и различные нефтепродукты: мазут, дизельное топливо, бензин, керосин, ароматические углеводороды. Биопрепарат работает при высоком уровне загрязнения до 20%, с высоким содержанием тяжёлых алифатических и ароматических углеводородов. Биотехнология обработки стоков и контроль загрязнения воды тяжелыми металлами

15 слайд

Описание слайда:

Сельскохозяйственная биотехнология Биологическая азотфиксация - процесс перевода азота, содержащегося в атмосфере в виде химически инертного N2, в доступную для растений форму нитратов и аммония. Азот составляет 78% от общего объема атмосферного воздуха и абсолютно недоступен для растений в атамарном виде. Именно поэтому люди вынуждены вносить азотные удобрения для повышения продуктивности с/х культур. Фиксация атмосферного азота осуществляется бактериями, живущими в симбиозе с представителями семейства или свободноживущими азотфиксаторами (Azotobacter). Разработаны бактериальные препараты, улучшающие фосфорное питание растений. В последнее время все чаще появляются данные о мутагенном и канцерогенном действии химических пестицидов, которые плохо разрушаются и накапливаются в окружающей среде. Микробные инсектициды высоко специфичны и действуют только на определенные виды насекомых. Микробные пестициды подвержены биодеградации. М/о могут регулировать рост растений и животных, подавлять з-ния. Некоторые бактерии изменяют pH и соленость почвы, другие продуцируют соединения, связывающие Fe, третьи - вырабатывают регуляторы роста. Как правило, м/о инокулируют семена и или растения перед посадкой. В животноводстве используется диагностика, профилактика, лечение з-ний с использованием моноклональных Ат, генетическое улучшение пород животных. Биотехнология применяется для силосования кормов, позволяя повышать усвоение растительной биомассы, для утилизации отходов животноводческих ферм и др.

16 слайд

Описание слайда:

Биогеотехнология Использование геохимической деятельности микроорганизмов в горнодобывающей промышленности. Выщелачивание бедных и отработанных руд, десульфирование каменного угля, борьба с метаном в угольных шахтах, повышение нефтеотдачи пластов и др. Биогеотехнология выщелачивания металлов - использование главным образом тионовых (окисляющих серу и серосодержащие соединения) бактерий для извлечения металлов из руд, рудных концентратов и горных пород. При переработке бедных и сложных руд тысячи и даже миллионы тонн ценных металлов теряются в виде отходов, шлаков, «хвостов». Происходят также выбросы вредных газов в атмосферу. Бактериально-химическое выщелачивание металлов уменьшает эти потери. Основу этого процесса составляет окисление содержащихся в рудах сульфидных минералов тионовыми бактериями. Окисляются сульфиды меди, железа, цинка, олова, кадмия и т. д. При этом металлы из нерастворимой сульфидной формы переходят в сульфаты, хорошо растворимые в воде. Из сульфатных растворов металлы извлекаются путем осаждения, экстракции, сорбции. Основным видом м/о используемым для биогеотехнологической добычи металлов, является вид тионовых бактерий Thiobacillus ferrooxidans. Биогеотехнология стихийно зародилась еще в XVI в. По-видимому, 1922 г. следует считать официальной датой рождения биогеотехнологии. Thiobacillus ferrooxidans октрыты в 1947 г. Колмером и Кинкелемю Введение в современную биотехнологию доцент С.Н.Суслина, РУДН

17 слайд

Описание слайда:

Биогеотехнология Биогеотехнология обессеривания углей - использование тионовых бактерий для удаления серосодержащих соединений из углей. Общее содержание серы в углях может достигать 10-12 %. При сжигании углей содержащаяся в них сера превращается в сернистый газ, который поступает в атмосферу, где из него образуется серная кислота. Из атмосферы серная кислота выпадает на поверхность земли в виде сернокислотных дождей. По имеющимся данным, в некоторых странах Западной Европы в год на 1га земли с дождями выпадает до 300 кг серной кислоты. Кроме этого, высокосернистые угли плохо коксуются и поэтому не могут быть использованы в цветной металлургии. Первые опыты по направленному удалению серы из угля с использованием микроорганизмов были выполнены в 1959 г. в нашей стране 3. М. Зарубиной, Н. Н. Ляликовой и Е. И. Шмук. В результате этих опытов за 30 суток с участием бактерий Th. ferrooxidans из угля было удалено 23-30 % серы. Позднее несколько работ по микробиологическому обессериванию угля было опубликовано американскими исследователями. Им удалось с помощью тионовых бактерий снизить содержание пиритной серы в каменном угле за четверо суток почти на 50 %.

18 слайд

Описание слайда:

Биоэлектроника В области электроники биотехнология может быть использована для создания улучшенных типов биосенсоров и биочипов. Биотехнология делает возможным создание устройств, в которых белки являются основой молекул, действующих как полупроводники. Для индикации загрязнений различного происхождения в последнее время стали использовать не химические реагенты, а биосенсоры – ферментные электроды, а также иммобилизованные клетки микроорганизмов. Биоселективные датчики создают также путем нанесения на поверхность ионоселективных электродов целых клеток м/о или тканей. Например, Neurospora europea – для определения NH3, Trichosporon brassiacae – для определения уксусной кислоты. В качестве сенсоров используют также моноклональные Ат, обладающие исключительно высокой избирательностью. Лидерами в производстве биодатчиков и биочипов являются японские компании, такие как Hitachi, Sharp, Sony.

19 слайд

Описание слайда:

Медицинская биотехнология Вакцины и сыворотки. Антибиотики. Ферменты и антиферменты. Гормоны и их антагонисты. Витамины. Аминокислоты. Кровезаменители. Алкалоиды. Иммуномодуляторы. Биорадиопротекторы. Иммунные диагностикумы и биосенсоры. Биогеотехнология стихийно зародилась еще в XVI в. По-видимому, 1922 г. следует считать официальной датой рождения биогеотехнологии. Thiobacillus ferrooxidans октрыты в 1947 г. Колмером и Кинкелемю Введение в современную биотехнологию доцент С.Н.Суслина, РУДН

20 слайд

Описание слайда:

Ключевые биомедицинские технологии Производство вторичных метаболитов - НМС не требующиеся для роста в чистой культуре: а/б, алкалоиды, гормоны роста растений и токсины. Протеиновая технология – применение трансгенных микроорганизмов для синтеза чужеродных для продуцентов белков (инсулин, интерферон). Гибридомная технология –получение моноклональных Ат к антигенам бактерий, вирусов, животных и растительных клеток, чистых ферментов и белков. Инженерная энзимология – осуществление биотрансформации веществ с использованием каталитических функций ферментов в чистом виде или в составе ПФС (клеток) в т.ч. иммобилизованных.

21 слайд

Описание слайда:

Биотехнология ВОЗМОЖНОСТИ Точная и ранняя диагностика, профилактика и лечение инфекционных и генетических заболеваний; Повышение урожайности сельхоз. культур путем создания растений устойчивых к вредителям, болезням и неблагоприятным условиям окружающей среды; Создание микроорганизмов продуцирующих различные БАВ (антибиотики, полимеры, аминокислоты, ферменты); Создание пород сельхоз животных с улучшенными наследуемыми признаками; Переработка токсичных отходов – загрязнителей окружающей среды. ПРОБЛЕМЫ Влияние генноинженерных организмов на другие организмы или окружающую среду; Уменьшение природного генетического разнообразия при создании рекомбинантных организмов; Изменение генетической природы человека с помощью генноинженерных методов; Нарушение права человека на неприкосновенность частной жизни при применении новых диагностических методов; Доступность лечения только богатым с целью получения прибыли; Помехи свободному обмену мыслями между учеными в борьбе за приоритеты

22 слайд

Описание слайда:

История биотехнологии: 1917 год-Карл Эреки «биотехнологея» года А.М Коленев. А.Н.Бах. Улучшение технологий год- Пеницилин

Клеточная инженерия Клеточная инженерия необычайно перспективное направление современной биотехнологии. Учёные разработали методы выращивания в искусственных условиях (культивирование) клеток растений животных и даже человека. Культивирование клеток позволяет получать различные ценные продукты, ранее добываемые в очень ограниченном количестве из-за отсутствия источников сырья. Особенно успешно развивается клеточная инженерия растений.

Трансгеные животные и растении: Трансгенные животные, экспериментально полученные животные, содержащие во всех клетках своего организма дополнительную интегрированную с хромосомами и экспрессирующуюся чужеродную ДНК (трансген), которая передаётся по наследству по законам Менделя. Трансгенные растения это те растения, которым пересажены гены