Генетическая перестройка «in vivо»

Говоря об истории развития генетической инженерии, следует сказать, что сама идея о выделении специальных фрагментов ДНК (генов) была осуществлена в экспериментах «in vivо» в 1969 г. Бэквитцем Дж. и Шапиро И. Ими были выделены лактозные гены Е. соli в химически чистом виде. Генная инженерия берет начало с 1972 года, когда П. Берг со своими коллегами (США) создали первую рекомбинантную ДНК. Со времени выделения Дж. Бекуитом (Дж. Беквитц) с сотр. химически чистого лактозного гена Е. соli удалось включить в наследственный аппарат микробных клеток гены инсулина, соматотропного гормона человека (гормона роста) и др. Большую роль в становлении генетической инженерии сыграло также установление модели репликации, впервые сформулированной Жакобом, Бреннером и Кузэн.

Многие свойства бактерий, как было сказано ранее, интересные с точки зрения биотехнологии, кодируются плазмидами. В генной инженерии плазмиды используются для клонирования нужных генов.

С целью преодоления преград для генетического обмена, существующих в обычных системах скрещивания, был использован метод слияния протопластов (клеток с удаленными клеточными стенками).

Часть 2.Прошло не так и много времени с тех пор, когда были осуществлены первые эксперименты по рекомбинации плазмидных молекул ДНК, принадлежащих различных видам бактерий. Эти работы принято считать началом развития генетической инженерии «in vitrо». Суть этих работ состоит в применении специальных ферментов – рестриктаз для выделения из хромосом необходимых фрагментов ДНК (генов) и лигазы для сшивания этих фрагментов в общий репликон, то есть автономно реплицирующуюся молекулу ДНК.

Благодаря многочисленным работам в области молекулярной биологии и генетики была доказаны возможность создания рекомбинантных молекул с использованием исходных молекул ДНК из различных видов и штаммов бактерий, их жизнеспособность, стабильность, функционирование.

Под рекомбинантными ДНК понимают ДНК образованные путем объединения «in vitrо» двух и более фрагментов ДНК, выделенных из любых источников. Ключевыми в этом определении являются слова «фрагмент ДНК» и «объединение in vitrо», что указывает на сущность генетической инженерии и на ее отличие от всех остальных методов получения гибридных (или химерных) организмов, таких как генетическая селекция, эмбриональная инженерия и т.д.

Сущность генетической инженерии, таким образом, заключается в направленном конструировании молекулярных генетических систем вне организма с последующим их введением в живой организм. Цель прикладной генетической инженерии – конструировать такие рекомбинантные ДНК, которые придавали бы организму свойства, полезные для человека, например, синтез белков, гормонов и ферментов медицинского назначения, синтез микроорганизмами пищевого и кормового белка, утилизация микробами веществ, вредных для окружающей среды и т.д. В результате таких опытов получают так называемые библиотеки (или банки) генов. Такую коллекцию клонов бактериальных или фаговых, можно неограниченно размножать, передавать в другие учреждения и постоянно использовать как исходный материал для поиска нужных генов.

Решающим шагом в истории развития генетической инженерии был этап, связанный с переходом к клонированию и экспрессии генов животных и человека в бактериальных клетках. К сегодняшнему дню описано получение многих гибридных ДНК, содержащих гены эукариотов и плазмиды прокариотов в качестве векторов (инсулин, интерферон, гормон роста и др.)

В основе генетической перестройки «in vitrо» лежит регуляция генной экспрессии. Экспрессия - ехрrеssiоn – степень, выраженности (выражение) признака, определяемого данным геномом. Может меняться в зависимости от генотипа, в который входит данный ген, и от условий внешней среды.

Ферменты, применяемые в генетической перестройке «in vitrо». Например, добавление в среду β-галактозидазы Е. соli, пенициллиназы Васillus сеrеus в качестве индукторов происходит существенное возрастание синтеза ферментов.

Однако один и тот же фермент может быть конститутивным (вызывает мутации) для одного гена, индуктором для другого и действует на третий.

Первичная структура белков кодируется генетическим кодом. В результате мутаций код изменяется и, как следствие, модифицируется первичная структура белка (фермента). Мутации могут привести к частичной и полной утрате ферментом каталитической активности и реже к ее возрастанию. Таким образом, мутация является основой регуляции генной экспрессии.

Различные варианты биоконверсии. Микроорганизмы используются и на отдельных стадиях синтеза лекарственных веществ, который ранее осуществлялся путем многоступенчатых и дорогостоящих химических реакций. Так, применение подобной стратегии биоконверсии наряду с традиционными химическими превращениями позволило получать многие стероиды более простыми и дешевыми способами на основе стерол-содержащего растительного сырья.

Таким образом, становится ясно, что при оптимизации любого промышленного процесса, протекающего с участием живых организмов, основные усилия направлены на улучшение их генетически обусловленных свойств. Если раньше для этого использовались только мутагенез и метод отбора подходящих продуцентов с помощью скрининга, то сейчас все шире применяются методы генетической перестройки в опытах «in vitro» и «in vivo»: метод слияния и метод гибридизации, которые имеют ряд преимуществ. Метод гибридизации позволяет объединять желаемые (от природы генетически обусловленные) свойства разных штаммов в одном микроорганизме

Генетические свойства многих промышленных микроорганизмов пока еще изучены слабо, например, в связи с отсутствием у них половых признаков. Однако методы генной инженерии позволяют быстро и рационально улучшать штаммы бактерий, используемые для биосинтеза целевых продуктов почти во всех отраслях народного хозяйства, в том числе фармации и ветеринарии.

Литература:

основная:

1. Лекционный материал.

2. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.)- Рига – 1980

3. Никитин Г.А. – Биохимические основы микробиологических производств – Киев – 1981 г.

Дополнительная

4. Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов. М., - 1979 г.

5. Попова Т.В. – Развитие биотехнологии в СССР – М., Наука - 1988 г.

6. Промышленная микробиология (Под ред. Егорова Н.С.) – М., 1989 г.

7. Популяционные аспекты биотехнологии – Печуркин Н. С., Брильков А.В., Маркенкова Т.В. – Новосибирск: - Наука – 1990 г.

8. 712.Ж-лы «Биотехнология», «Фармацевтический бюллетень», РЖХ и др.

Контроль (вопросы):

Что такое генная инженерия? Каковы ее основные цели и задачи?

Какие достижения генной инженерии и молекулярной биологии в области медицины, фармации и ветеринарии вы знаете,

В чем заключаются методы генной инженерии: мутанегез, метод отбора? Как они осуществляются?

Как и с какой целью осуществляется генетическая перестройка в опытах «in vitro» с помощью метода слияния и метода гибридизации?

Как и с какой целью осуществляется генетическая перестройка в опытах «in vivo»?

Каково состояние работ и перспективы их развития в области генной инженерии?

Тема №6-7: Биотехнология полисахаридов. Преимущества их получения биотехнологическим синтезом в сопоставлении с традиционными способами. Вакцины. Их значение для практической медицины и здравоохранения. Способы получения вакцин

Цель:Достижения в области иммунобиотехнологии значительно расширили ассортимент медицинских средств для диагностики, профилактики и лечения заболеваний человека и животных. Благодаря достижениям в области молекулярной биотехнологии и генетики микроорганизмов стало возможным диагностировать ряд заболеваний на ранней стадии (инфекционные болезни) и даже внутриутробно (наследственные болезни). Моноклональные антитела можно использовать не только для диагностик заболеваний, но и для направленной доставки лекарства в орган мишень на клеточном уровне.

В основе получения вакцин, сывороток, биосенсоров и др. также лежат достижения в области биотехнологии. Поэтому представляется актуальным ознакомить студентов с технологией получения лекарственных и диагностических средств на основе иммунобиотехнологии, их номенклатурой.

Задачи обучения:

- пользовать научной, методической и справочной литературой в области биотехнологии, генной инженерии и культуры ткани;

- проводить взаимосвязь между достижениями в области биотехнологии и генетической инженерии.

Форма проведения:семинар

Задания по теме:

1. Общее определение иммунитета, понятие о чужеродных агентах.

2. Виды иммунитета, в том числе виды антимикробного иммунитета.

3. Механизм иммунного ответа: фагоцитоз завершенный и незавершенный.

4. Гуморальные факторы неспецифического общего иммунитета.

5. Специфический фактор защиты - выработка антител на чужеродные агенты.

6. Диагностикумы: моноклональные антитела, области их применения.

7. Резистогены и биосенсоры.

8. Вакцины, классификацию и технологию их получения.

9. Токсоиды, их особенности.

Раздаточный материал:

Понятие об иммунобиотехнологии

Иммунитет – (лат. Immunitas – освобождение от чего-либо) – врожденная или приобретенная способность макроорганизма к защите, специфически направленная против любых генетически чужеродных для него агентов. Такими агентами являются:

a. разнообразнее клетки микро- и микроорганизмов, в том числе измененные клетки собственного организма;

b. структурные компоненты вышеуказанных клеток – белки, высокомолекулярные полисахариды, гликоконъюгаты (гликопротеины, пептидогликаны, липополисахариды и др.), проявляющие свойства антигенов.

Виды иммунитета:

2. Противомикробный (см. схему 1).

3. Антитоксический – против токсинов, вырабатываемых некоторыми бактериями (Сlostridium tetani, Clostridium botulinum, Corynebacterium diphtheriae и др.), растениями (клещевина - Rhicinus communis), пресмыкающимися, животными (змеями, например, гадюка обыкновенная и др.).

4. Антитрансплантационный – против чужеродных тканей при пересадке или при переливании крови.

Механизм иммунного ответа – чаще всего воспалительный процесс, то есть защитно-приспособительная реакция клеток организма на действие микробов, продуктов их жизнедеятельности и других факторов. Основным механизмом воспалительного процесса, обеспечивающим борьбу с микроорганизмами, является фагоцитоз («пожирание клетками», греч. рhаgоs – поедание). Явление фагоцитоза было открыто И.И. Мечниковым (1892). Фагоцитоз осуществляется макрофагами крови, селезенки, печени, костного мозга, плевры, брюшины, костей.

Специфический фактор защиты – это выработка на распознанные антигены специфических антител и сенсибилизированных (лат. sеnsibilis– чувствительный) лимфоцитов. Продуцентами иммуноглобулинов (антител) являются Т-лимфоциты (дифференцируются под влиянием тимуса, то есть от лат. Glаndus thуmus– зобная, или вилочковая, железа) и В-лимфоциты (образуются под влиянием фабрициевой сумки (бурсы) у птиц или ее неустановленного окончательно аналога у млекопитающих).

При иммунизации одним и тем же антигеном животных (одного или разных видов) в качестве детерминант могут выступать различные участки молекул антигена, так как каждый индивидуум отличается способностью иммунокомпетентных клеток специфически распознавать лишь те или иные антигенные детерминанты. В динамике иммунного ответа могут вырабатываться антитела против все новых и новых детерминантных участков той же молекулы антигена. Эти, вначале скрытые, детерминанты выявляются у антигена в результате его деградации в организме под влиянием клеточных ферментов.

Литература:

Основная:

1. «Фармацевтическая технология. Технология лекарственных форм», под редакцией И.И. Краснюка и Г.В. Михайловой, М., «Академия» - 2006 г.

2. И.И. Краснюк, Г.В. Михайлова «Практикум по технологии лекарственных форм». М., «Академия» - 2006 г.

Дополнительная литература

1. Технология лекарств, под редакцией А.И. Тихонова, Харьков, «Оригинал» - 2006 г.

2.Технология лекарственных форм., под ред. Кондратьевой Т.С. М. Медицина – 1991г.

4. Руководство к лабораторным занятиям по аптечной технологии лекарственных форм. под. ред. Т.С. Кондратьевой - М., Медицина - 1986 г.

5. Приказы МЗ РК

6. ГФ РК, 1-2 т., Алматы, 2008-2009 г, «Жибек жолы».

7. ГФ СССР Х, Х1 изданий

Контроль :

ЗАДАНИЕ 1. Описать подробно количественное определение хорионического гонадотропина методом иммуноферментного анализа и дать предложенному методу теоретическое обоснование.

Тема №8 Коллоквиум по разделу: «Основы генной инженерии. Первичная структура гена. Основные методы генной инженерии. Гибридизация. Получение и свойства поликлональных и моноклональных антител. Генетическая перестройка в опытах «in vivo». Генетическая перестройка в опытах «in vitro». Рекомбинантные белки. Получение лекарственных и диагностических препаратов на основе иммунобиотехнологии»

Цель В промышленном биотехнологическом производстве ветеринарных, медицинских и пищевых продуктов обычно используют изолированные от других видов микроорганизмов чистые культуры. Знать технику выделения чистых культур, динамику и кинетику роста биообъектов, а также проводить их микроскопическое исследование является актуальным для применения приобретенных практических навыков в биотехнологическом производстве.

Задачи обучения:

- - основные понятия и термины биотехнологии: культура микроорганизма, штамм, популяция, сверхпродуценты и др.;

- методы биотехнологии;

- основные компоненты питательных сред и критерии качества исходного сырья;

- технологию приготовления посевных (агарированных твердых и полутвердых) сред;

- технологию выделения чистых культур микроорганизмов;

- физиологические свойства микроорганизмов;

- морфологические признаки микроорганизмов;

- спорообразование;

- биохимические свойства микроорганизмов;

- динамику роста микроорганизмов.

Форма проведения: семинар

Задания по теме:

1. Биотехнология как наука, ее определение. Основные цели и задачи.

2. Объекты биотехнологии, их особенности.

3. Основы генной инженерии: общие понятия молекулярной генетики. Первичная структура гена.

4. Регуляторные и структурные части генов. «Молчащие» гены.

5. Перенос генетической информации (трансформация, трансфекция, конъюгация, трансдукция).

6. Методы генной инженерии: мутагенез, метод отбора (скрининг мутантов). Виды мутагенов, механизм их действия. Основные типы мутаций. Проблемы сохранения генетической стабильности ценных мутантов.

7. Метод генетической перестройки «in vivo»: метод слияния (гибридизация), его преимущества и недостатки. Общая характеристика плазмид. Общее понятие о транспозонах.

8. Гибридомная технология. Соматические гибриды высших организмов (растений, животных).

9. Общее понятие о рекомбинантной ДНК.

10. Сущность и цель генетической перестройки «in vitro».

11. Проблема экспрессии чужеродного гена. Регуляция генной экспрессии.

12. Типы ответов на регуляторные сигналы.

13. Основные этапы технологии рекомбинантной ДНК.

14. Технология генетической перестройки «in vitro».

15. Технология получения инсулина человека, гормона роста человека, интерферонов и др.

16. Различные варианты биологической конверсии и ее цель.

17. Общее определение иммунитета, понятие о чужеродных агентах.

18. Виды иммунитета, в том числе виды антимикробного иммунитета.

19. Механизм иммунного ответа: фагоцитоз завершенный и незавершенный.

20. Гуморальные факторы неспецифического общего иммунитета.

21. Специфический фактор защиты - выработка антител на чужеродные агенты.

22. Диагностикумы: моноклональные антитела, области их применения.

23. Резистогены и биосенсоры.

24. Вакцины, классификацию и технологию их получения.

25. Токсоиды, их особенности.

26. Достижения генной инженерии и молекулярной биологии в области медицины, фармации и ветеринарии для лечения и профилактики болезней человека и животных. Состояние работ в области генной инженерии.

Литература:

Основная

1.Технология лекарственных форм.- (Под ред. Л.А.Ивановой) – Том 2. – 1991.

2.Лекционный материал.

3.Промышленная технология лекарств. – Учебник в 2-х томах - /Под ред. проф. В.И. Чуешова. – Харьков. – 2002.

4.Елинов Н.П. Химическая микробиология. – Учебник.- М.: Высшая школа. – 1989, 448 с.

5.Биотехнология: Принципы и применение. – Перевод с англ. - /Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста и Дж.Джонса. – М.: Мир. – 1988, 480 с.

Дополнительная

6.Биотехнология. /Под ред. академика А.А. Баева. – М.: Наука. – 1984, 310 с.

7.Коротяев А.И., Бабичев С.А. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология. – Учебник, 2-е изд., исправл. – С-П.: СпецЛит. – 2000, 591 с.

8.Воробьева Л.И. Промышленная биотехнология. Учебное пособие. – М.: Изд-во МГУ. -1989, 294 с.

9.Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980 г.

10.Елинов Н.П., Заикина Н.А., Соколова И.П. Руководство к лабораторным занятиям по микробиологии. – М.: Медицина. – 1988. – 208 с.

11.Руководство к лабораторным занятиям по микробиологии. /Под ред. Борисова Л.Б. – М.: Медицина. – 1984. – 256 с.

12.Никитин Г.А. – Биохимические основы микробиологических производств – Киев – 1981 г.

13.Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов. М., - 1979 г.

14.Попова Т.В. – Развитие биотехнологии в СССР – М., Наука - 1988 г.

15.Промышленная микробиология (Под ред. Егорова Н.С.) – М., 1989 г.

16.Березнеговская Л.Н., Гусев И.Ф., Дмитрук С.Е. и др. Культура тканей и клеток алкалоидных растений. – Томск: Изд-во Томского университета. – 1975, 196 с.

17.Популяционные аспекты биотехнологии – Печуркин Н. С.- 1982.

18.Журналы «Биотехнология», «Фармацевтический бюллетень», «Фармация Казахстана», РЖХ и др.

Тема:№9 Аминокислоты как фармацевтические препараты, пищевые добавки, косметические компоненты. Их биотехнологический синтез .

Цель: Получение некоторых аминокислот в промышленных масштабах стало важной отраслью народного хозяйства в ряде стран. Речь идет, прежде всего, о незаменимых аминокислотах, которые нашли применение в пищевой, фармацевтической и парфюмерно-косметической промышленности. В современном арсенале лекарственных средств аминокислоты также занимают одно из ведущих мест. Поэтому представляется актуальным для будущих фармацевтов иметь общее представление о способах получения природных и полусинтетических аминокислот и особенностях их массового производства. Для этого

Задачи обучения:

-значение аминокислот в различных отраслях народного хозяйства;

- преимущество микробиологического способа производства аминокислот;

- условия изменения системы регуляции обмена веществ у микроорганизмов-продуцентов аминокислот;

- понятие об ауксотрофных микроорганизмах;

- 1-й способ получения аминокислот в биотехнологическом производстве;

- 2-й способ получения микробных аминокислот;

- 3-й способ получения аминокислот микробным синтезом;

- применение аминокислот в медицинской практике, формы выпуска препаратов аминокислот;

- понятие о пептидах и пептидных препаратах, их получение на основе гидробионтов.

Форма проведения: семинар

Задания по теме:

1. Биотехнология как наука, ее определение.

2. Развитие промышленного производства аминокислот биотехнологическим способом. Значение аминокислот в различных отраслях народного хозяйства.

3. Основные задачи поиска и получения новых штаммов-продуцентов аминокислот.

4. Преимущество микробиологического способа производства аминокислот.

5. Условия изменения системы регуляции обмена веществ у микроорганизмов-продуцентов аминокислот.

6. Понятие об ауксотрофных микроорганизмах.

7. Способы получения аминокислот в биотехнологическом производстве.

8. Применение аминокислот в медицинской практике, формы выпуска препаратов аминокислот.

9. Понятие о пептидах. Пептидные препараты.

10. Перспективы в производстве аминокислот и пептидных препаратов с использованием гидробионтов.

Раздаточный материал:

Аминокислоты широко применяются в медицине для терапии после-операционных больных, при лечении заболеваний ЦНС, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, печени (серотонин, аспарагин, гистидин, глицин, глутамин и глутаминовая кислота, изолейцин, лейцин, метионин, пролин, тирозин, триптофан, фенилаланин, цистеин).Промышленное производство аминокислот занимает отдельное место в биотехнологии. Ежегодное производство, например, глутаминовой кислоты в мире достигло 800 000 тонн, лизина – свыше 200 000 тонн. Ряд аминокислот является незаменимыми: валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин и широко применяются, наряду с другими аминокислотами в практической медицине.

Отдельные аминокислоты используются в пищевой промышленности в качестве питательных добавок (аланин, аспарагиновая кислота, глицин, лизин), антиоксидантов (цистеин), ароматических (глутаминовая кислота, глицин) и вкусовых веществ (глицин); в сельском хозяйстве - в качестве кормовых добавок (лизин, треонин); в химической промышленности - как исходные вещества при синтезе полимеров и производстве косметических средств

Аминокислоты можно получать как из природного сырья (главным образом, при гидролизе белков растений), так и путем химического, микробиологического и ферментативного синтеза. Если химический синтез дает продукт-рацемат (рацемат – сумма лево- и правовращающих изомеров), который требует дальнейшей обработки, то микробный синтез и ферментационная обработка позволяют получить оптически чистые аминокислоты.

В промышленном масштабе аминокислоты получают, в основном, экстракцией из белковых гидролизатов или очисткой продуктов метаболизма двух неспорулирующих грамположительных почвенных бактерий - Corynebacterium или Brevi bacterium spp. Обычно для повышения продуктивности этих микроорганизмов используют мутагенез с последующим отбором штаммов-сверхпродуцентов определенных аминокислот, но такой способ получения штаммов требует много времени и эффективность его невелика. Альтернативные подходы - выделение и изменение специфических генов, кодирующих ключевые ферменты определенных биохимических реакций.

ЛИТЕРАТУРА:

Основная

1. Технология лекарственных форм. - (Под ред. Л.А.Ивановой) – Том 2. – 1991.

2. Лекционный материал.

3. Промышленная технология лекарств. – Учебник в 2-х томах - /Под ред. проф. В.И Чуешова. – Харьков. – 2002.

4. Елинов Н.П. Химическая микробиология. – Учебник. - М.: Высшая школа. – 1989, 448 с.

5. Биотехнология. /Под ред. академика А.А. Баева. – М.: Наука. – 1984, 310 с.

Дополнительная

6. Коротяев А.И., Бабичев С.А. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология. – Учебник, 2-е изд., исправл. – С-П.: СпецЛит. – 2000, 591 с.

7. Воробьева Л.И. Промышленная биотехнология. Учебное пособие. – М.: Изд-во МГУ. -1989, 294 с.

8. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980 г.

9. Елинов Н.П., Заикина Н.А., Соколова И.П. Руководство к лабораторным занятиям по микробиологии. – М.: Медицина. – 1988. – 208 с.

10. Промышленная микробиология (Под ред. Егорова Н.С.) – М., 1989 г.

11. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической технологии. 3-е изд., дополн. – Л.: Химия. – 1987, 540 с.

12. Журналы «Биотехнология», «Фармацевтический бюллетень», «Фармация Казахстана», РЖХ и др.

Контроль:

1. Когда началось развитие промышленного производства аминокислот биотехнологическим способом? В чем заключается преимущество получения аминокислот биотехнологическим способом?

2. Каковы основные задачи поиска и производства новых аминокислот?

3. Дайте номенклатуру и общую характеристику аминокислот. Каковы их основные продуценты?

4. Каковы основные способы получения новых штаммов- продуцентов аминокислот?

5. Каковы условия изменения системы регуляции обмена веществ у микроорганизмов-продуцентов аминокислот?

6. Дайте общее определение понятию об ауксотрофных микроорганизмах.

7. Какие способы получения аминокислот в биотехнологическом производстве вы знаете? Дайте характеристику каждому способу.

8. Как применятся препараты аминокислот в медицинской практике, каковы формы выпуска препаратов аминокислот?

9. Что такое пептиды. Какие пептидные препараты вы знаете? Как их получают?

10. Каковы перспективы получения аминокислот и пептидных препаратов с использованием гидробионтов?

ЗАДАНИЕ 1. Подберите способы выделения и очистки аминокислот, синтезированных микроорганизмами-продуцентами:

а) при внутриклеточном накоплении целевого продукта;

б) при внеклеточной секреции целевого продукта.

Задание 2. Подберите и опишите технологическое оборудование, применяемое для выделения и очистки аминокислот в соответствии с вариантом задания № 1.

Тема: №10. Препараты липидов микробного происхождения. Технология получения. Понятие о витаминах, провитаминах, коферментах. Характеристика продуцентов витаминов и промежуточных продуктов. Получение аскорбиновой кислоты окислением сорбита в сорбозу.

Цель:Как показали биотехнологические исследования, микроорганизмы оказались также ценными продуцентами ряда витаминов. Витамины используются как предшественники соответствующих ферментов. Однако большинство из них не синтезируются в нашем организме dе nоvо и должны поступать экзогенно (с пищей, лекарственными препаратами). Большинство высших полиненасыщенных жирных кислот в составе липидов, поступающих в наш организм экзогенно также не синтезируются в организме.

Задачи обучения :

- объекты биотехнологии;

- методы биотехнологии;

- достижения биотехнологии в медицине и фармации;

Форма проведения:семинар

Задание по теме:

1. Биотехнология как наука. Объекты биотехнологии, их особенности.

2. Развитие промышленного производства липидов биотехнологическим способом. Основные задачи поиска новых продуцентов для производства липидов.

3. Развитие промышленного производства витаминов биотехнологическим способом. Основные задачи поиска новых продуцентов для производства витаминов.

4. Номенклатура и общая характеристика витаминов.

5. Основные продуценты витамина В12. Их характеристика.

6. Основные продуценты витамина В2. Их характеристика. Понятие «сверхсинтеза»

7. Основные продуценты витамина С. Их характеристика. Особенности производства аскорбиновой кислоты.

8. Основные продуценты витамина Д2. Особенности производства β-каротина

9. Коферменты и ингибиторы ферментов (основные группы). Основные продуценты. Основные препараты и их применение.

Раздаточный материал.

Под общим названием «липиды» объединяют большую группу нейтральных жиров и жироподобных веществ. По химической природе липиды делятся на следующие группы: а) жиры или триглицериды; б) высокомолекулярные жирные кислоты; в) фосфатиды (или фосфолипиды); г) цереброзиды; д) стерины и стериды; е) ганглиозиды; ж) воска и воскоподобные вещества. Жиры – сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных жирных кислот, в состав которых входят много численные предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные) жирные кислоты. Часть ненасыщенных высших жирных кислот является незаменимыми (эссенциальными) и не синтезируются в организме человека dе nоvо: линолевая, линоленовая, гамма-линоленовая, арахидоновая, эйкозапентаеновая и др. Они должны поступать в организм с пищей (около 5 г в сутки). Эти кислоты содержатся, в основном, в растительных маслах. Из-за ряда недостатков, свойственных растениям и водорослям, в качестве продуцентов липидов заслуживают особого внимания микроорганизмы, которым в последние годы отводится центральная роль в биотехнологии.

Наиболее доступными микроорганизмами, способными к синтезу липидов, являются дрожжи и мицелиальные грибы. Они являются безвредными по отношению к человеку, имеют удовлетворительную скорость роста, способны расти на сравнительно простых синтетических средах и образуют липиды с высокой степенью ненасыщенности. Синтезированные ими липиды обладают рядом ценных и уникальных свойств

В промышленных условиях в настоящее время микробиологическим путем (биотехнологическим способом) получают витамины В2 (рибофлавин), В9 (фолиевая кислота), В12 (цианкобаламин), Д3 (эргостерин – с помощью облученных дрожжей), Н (биотин), РР (пантотеновая кислота), β-каротин (провитамин А) и др.

В синтезе некоторых витаминов (витаминов С и РР) микроорганизмы используются лишь на некоторых ступенях химического синтеза.

В мире сегодня работает свыше 40 фирм по производству витаминов: 18 – в США, 8 – в Японии, 14 – в Западной Европе, 5 – в странах СНГ, в том числе 2 – в РФ. Ведущее место занимает фирма Hoffman La Roche (Швейцария), выпускающая до 50-70 % всех витаминов.

В последние годы разрабатываются новые методы лечения заболеваний, не вызываемых инфекцией, но связанных с нарушением обмена веществ, причиной которого может служить неправильная работа ферментов. В частности, возможно использование ингибиторов ферментов, участвующих в возникновении и развитии соответствующего заболевания.

К настоящему времени открыто уже большое количество ингибиторов ферментов микробного происхождения, которые нашли применение в медицине.

Таким образом, как сказал Луи Пастер, «Последнее слово будет за бактериями». Промышленная микробиология или биотехнологический синтез включает эксплуатацию микроорганизмов в промышленных масштабах для получения коммерчески ценных продуктов, в том числе лекарственных препаратов. Благодаря рентабельности, биотехнологическое производство целевых продуктов, особенно в фармацевтической отрасли ежегодно расширяется. Параллельно с этим постоянно ведутся поиски новых штаммов и новых, ценных для практики продуктов, образуемых микроорганизмами.

Контроль:

1. Как началось развитие промышленного производства липидов биотехнологическим способом? Каковы основные задачи поиска новых продуцентов для производства липидов? Какие липиды являются ценными для человека?

2. Как началось развитие промышленного производства витаминов биотехнологическим способом? Каковы задачи поиска новых продуцентов для производства витаминов?

3. Дайте номенклатуру и общую характеристику витаминов, получаемых биотехнологическим способом.

4. Дайте характеристику основным продуцентам витамина В12.

5. Дайте характеристику основным продуцентам витамина В2. На какие группы они делятся? Что понимают под «сверхсинтезом»?

6. Дайте характеристику основным продуцентам витамина С. В чем заключаются особенности производства аскорбиновой кислоты?

7. Дайте характеристику основным продуцентам витамина Д2. Каковы особенности производства β-каротина?

8. Что такое коферменты и ингибиторы ферментов? Какие группы ингибиторов ферментов вы знаете? Как они применяются? Какие микроорганизмы используются в качестве продуцентов ингибиторов ферментов?

ЗАДАНИЕ 1. Составить технологическую схему получения витамина В биотехнологическим способом. Теоретически обосновать каждую операцию и состав питательной среды.

Задание 2. Составить аппаратурную схему получения витамина В биотехнологическим способом. Теоретически обосновать выбор каждого аппарата и установки.

ЛИТЕРАТУРА:

Основная

1. Технология лекарственных форм.- (Под ред. Л.А.Ивановой) – Том 2. – 1991.

2. Лекционный материал.

3. Промышленная технология лекарств. – Учебник в 2-х томах - /Под ред. проф. В.И Чуешова. – Харьков. – 2002.

4. Елинов Н.П. Химическая микробиология. – Учебник.- М.: Высшая школа. – 1989, 448 с.

5. Биотехнология: Принципы и применение. – Перевод с англ. - /Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста и Дж.Джонса. – М.: Мир. – 1988, 480 с.

Дополнительная

6. Биотехнология. /Под ред. академика А.А. Баева. – М.: Наука. – 1984, 310 с.

7. Воробьева Л.И. Промышленная биотехнология. Учебное пособие. – М.: Изд-во МГУ. -1989, 294 с.

8. Биотехнология микробного синтеза (Под ред. Бекера М.Е.) – Рига – 1980 г.

9. Елинов Н.П., Заикина Н.А., Соколова И.П. Руководство к лабораторным занятиям по микробиологии. – М.: Медицина. – 1988. – 208 с.

10. Синюшина М.Н., Самсонова М.Н. Руководство к лабораторным занятиям по микробиологии. – М.: Медицина. – 1981. – 192 с.

11. Руководство к лабораторным занятиям по микробиологии. /Под ред. Борисова Л.Б. – М.: Медицина. – 1984. – 256 с.

12. Промышленная микробиология (Под ред. Егорова Н.С.) – М., 1989 г.

13. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической технологии. 3-е изд., дополн. – Л.: Химия. – 1987, 540 с.

14. Журналы «Биотехнология», «Фармацевтический бюллетень», «Фармация Казахстана» и др.

тема:11-12Понятие о витаминах, провитаминах, коферментах. Характеристика продуцентов витаминов и промежуточных продуктов.

Цель:Как показали биотехнологические исследования, микроорганизмы оказались также ценными продуцентами ряда витаминов. Витамины используются как предшественники соответствующих ферментов. Однако большинство из них не синтезируются в нашем организме dе nоvо и должны поступать экзогенно (с пищей, лекарственными препаратами).

Задачи обучения:

- объекты биотехнологии;

- методы биотехнологии;

- достижения биотехнологии в медицине и фармации;

- пользоваться научной, методической и справочной литературой в области биотехнологии;

- проводить взаимосвязь между достижениями в области биотехнологии, генной инженерии и культуры ткани с научными открытиями в других отраслях науки;

- ставить задачи, решаемые именно в биотехнологии.

Форма проведения:семинар

Задание по теме:

1. Биотехнология как наука. Объекты биотехнологии, их особенности.

2. Развитие промышленного производства липидов биотехнологическим способом. Основные задачи поиска новых продуцентов для производства липидов.

3. Развитие промышленного производства витаминов биотехнологическим способом. Основные задачи поиска новых продуцентов для производства витаминов.

4. Номенклатура и общая характеристика витаминов.

5. Основные продуценты витамина В12. Их характеристика.

6. Основные продуценты витамина В2. Их характеристика. Понятие «сверхсинтеза»

7. Основные продуценты витамина С. Их характеристика. Особенности производства аскорбиновой кислоты.

8. Основные продуценты витамина Д2. Особенности производства β-каротина

9. Коферменты и ингибиторы ферментов (основные группы). Основные продуценты. Основные препараты и их применение.

Раздаточный материал

Под общим названием «липиды» объединяют большую группу нейтральных жиров и жироподобных веществ. По химической природе липиды делятся на следующие группы: а) жиры или триглицериды; б) высокомолекулярные жирные кислоты; в) фосфатиды (или фосфолипиды); г) цереброзиды; д) стерины и стериды; е) ганглиозиды; ж) воска и воскоподобные вещества. Жиры – сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных жирных кислот, в состав которых входят много численные предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные) жирные кислоты. Часть ненасыщенных высших жирных кислот является незаменимыми (эссенциальными) и не синтезируются в организме человека dе nоvо: линолевая, линоленовая, гамма-линоленовая, арахидоновая, эйкозапентаеновая и др. Они должны поступать в организм с пищей

Наши рекомендации