Объекты биотехнологических производств

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ЕЕ УСВОЕНИЯ

Раздел 1.

Введение.

Биотехнология как наука и сфера производства. Краткая история развития биотехнологии. Биотехнология и фундаментальные дис­циплины.

Современная биотехнология как одно из основных направлений научно-технического прогресса.Биотехнологизация народного хозяйства. Биотехнология и энергетика. Биотехнология и природные ресурсы. При­менение биотехнологических методов в горнодобывающей, нефтедобы­вающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Химическая техно­логия и биотехнология. Комбинирование биосинтеза и оргсинтеза при многостадийном получении полупродуктов и целевых продуктов. Биотех­нология и новые методы анализа и контроля. Новые материалы (биополимеры и др.), получаемые биотехнологическими методами.

Биотехнология и интенсификация сельскохозяйственного произ­водства.Повышение продуктивности сельскохозяйственных растений и животных. Новые виды кормов, удобрений. Создание трансгенных растений и животных.

Биотехнология и пищевая промышленность. Совершенствование путей переработки сельскохозяйственных продуктов. Новые разновидности пи­щевых продуктов.

Экологическая биотехнология.Переработка и утилизация промышленных отходов. Очистка промышленных стоков. Биодеградация ксенобиотиков.

Биотехнология и медицина.Получение биотехнологическими мето­дами лекарственных, профилактических и диагностических препаратов. Биотехнология и понимание основ патологии инфекционных, онкологиче­ских и наследственных заболеваний.

Раздел 2.

Объекты биотехнологических производств

Биообъекты как средство производства лекарственных, профилакти­ческих и диагностических препаратов. Классификация биообъектов.

Макробиообъекты животного происхождения.Человек как донор и объект иммунизации.

Млекопитающие, птицы, репти­лии, рыбы, насекомые, паукообразные, морские беспозвоночные. Культу­ры тканей человека и других млекопитающих. Основные группы получае­мых биологически активных веществ.

Биообъекты растительного происхождения.Дикорастущие, плантационные растения. Водоросли. Культуры растительных тканей. Основ­ные группы получаемых биологически активных веществ.

Биообъекты - микроорганизмы.Эукариоты (простейшие, грибы, дрожжи). Прокариоты (актиномицеты, эубактерии). Вирусы. Основные группы получаемых биологически активных соединений.

Биообъекты - макромолекулы с ферментативной активностью.

Промышленные биокатализаторы на основе индивидуальных ферментов и мультиферментных комплексов. Биоконверсия (биотрансформация) при получении гормонов, простаноидов, витаминов, антибиотиков и других биологически активных веществ.

Раздел 3.

Слагаемые биотехнологического производственного процесса

Биотехнологические системы производства. Условия, необходимые для работы биообъектов в биотехнологи­ческих системах производства лекарственных средств. Основные "ва­рианты" биотехнологий. Биотехнологический процесс как базовый этап, обеспечивающий сырье для получения лекарственных, профилактических или диагностических препаратов. Биотехнологический процесс как проме­жуточный или заключительный этап производства препарата. Биотехноло­гический процесс, обеспечивающий все стадии создания лечебного, про­филактического, диагностического препарата.

Общие основы экзогенной регуляциипродуктивности макро- и мик­рообъектов. Жизнеобеспечение макроорганизмов - животных и высших растений как источника биомассы (различных тканей). Жизнеобеспечение микроорганизмов как источника биомассы. Защита от контаминации.

Предотвращение выброса в окружающую среду. Техногенная эколо­гическая ниша для существования микрообъектов в монокультуре.

Жизнеобеспечение культур клеток высших растений и животных. За­щита от контаминации. Ауксины. Цитокинины. Индукторы митотического цикла.

Проблемы лизогении и онкогенов при культивировании биообъектов. Обеспечение эффективной работы биообъектов, используемых как про­мышленные биокатализаторы. Подбор реакционных смесей. Инженерные решения.

Сочетание условий для поддержания жизнеобеспечения биообъекта и максимального синтеза целевого продукта при наиболее сложном варианте биотехнологического процесса. Направленная регуляция состава питатель­ной среды и воздействия физических факторов в течение ферментации. Предшественники целевого продукта и время их внесения в среду.

Слагаемые биотехнологического процесса производства лекарственных средств

Иерархическая структура биотехнологического производства. Первая ступень построения: подсистемы типа биообъект - биореакторы, биомасса - сепараторы, экстракторы и т.п. Вторая ступень построения: объединение подсистем в функционально единую цепь (участок, цех). Технологические основы создания блочно-модульных типовых решений. Третья ступень построения: последовательность блоков и модулей функциональных уча­стков. Опытно-промышленная установка, предприятие законченного цик­ла, основные и вспомогательные (общеинженерные) подсистемы.

Схема последовательно реализуемых стадий превращения исходного сырья в лекарственное средство. Оптимизация биообъекта, процессов и аппаратов как единого целого в биотехнологическом производстве.

Подготовительные операциипри использовании в производстве биообъектов микроуровня. Многоэтапность подготовки посевного мате­риала. Инокуляторы. Кинетические кривые роста микроорганизмов в закрытых системах. Связь скорости изменения количества микроорганиз­мов в экспоненциальной фазе роста с концентрацией клеток в системе.

Комплексные и синтетические питательные среды. Их компоненты. Концентрация отдельного расходуемого компонента питательной среды и скорость размножения биообъекта в техногенной нише. Уравнение Моно.

Методы стерилизации питательных сред. Критерий Дейндорфера -Хэмфри. Сохранение биологической полноценности сред при их стерили­зации.

Стерилизация ферментационного оборудования. "Слабые точки" внутри стерилизуемых емкостей. Проблемы герметизации оборудования и коммуникаций.

Очистка и стерилизация технологического воздуха. Схема подготовки потока воздуха, подаваемого в ферментатор. Предварительная очистка. Стерилизующая фильтрация. Предел размера пропускаемых частиц. Эффективность работы фильтров. Коэффициент проскока.

Критерии подбора ферментеровпри реализации конкретных целей. Классификация биосинтеза по технологическим параметрам. Виды ферментеров. Принципы организации материальных потоков: периодический, полупериодический, отьемно-доливной, непрерывный. Глубинная ферментация. Массообмен. Поверхностная ферментация.

Требования к ферментационному процессу в зависимости от физио­логического значения целевых продуктов для продуцента - первичные метаболиты, вторичные метаболиты, высокомолекулярные вещества. Био­масса как целевой продукт. Типы культивирования. Требования к ферментационному процессу при использовании рекомбинантных штаммов, образующих чужеродные для биообъекта целевые продукты.

Выделение, концентрирование и очисткабиотехнологических про­дуктов. Специфические особенности первых стадий. Седиментация био­массы. Уравнение скорости осаждения. Коагулянты. Флокулянты. Цент­рифугирование. Выделение из культуральной жидкости клеток высших растений, микроорганизмов. Отделение целевых продуктов, превращенных в твердую фазу. Сепарирование эмульсий. Фильтрование. Предварительная обработка культуральной жидкости для более полного разделения фаз. Кислотная коагуляция. Тепловая коагуляция. Внесение электролитов.

Методы извлечения внутриклеточных продуктов. Разрушение клеточ­ной стенки биообъектов и экстрагирование целевых продуктов.

Сорбционная и ионообменная хроматография. Аффинная хромато­графия применительно к выделению ферментов. Мембранная технология. Классификация методов мембранного разделения. Общность методов очи­стки продуктов биосинтеза и оргсинтеза на конечных стадиях их получе­ния (из концентратов). Сушка.

Стандартизация лекарственных средств, получаемых методами био­технологии. Фасовка.

Контроль и управление биотехнологическими процессами

Основные параметры контроля и управления биотехнологическими процессами. Общие требования к методам и средствам контроля. Совре­менное состояние методов и средств автоматического контроля в биотех­нологии. Контроль состава технологических растворов и газов. Потенцио-метрические методы контроля рН и ионного состава.

Датчики рН и ионоселективные электроды. Газочувствительные элек­троды. Стерилизуемые датчики растворенных газов.

Контроль концентрации субстратов и биотехнологических продуктов. Титриметрические методы. Оптические методы. Биохимические (фермен­тативные) методы контроля. Электроды и биосенсоры на основе иммоби­лизованных клеток. Высокоэффективная жидкостная хроматография при решении задач биотехнологического производства.

Основные теории автоматического регулирования. Статические и динамические характеристики биотехнологических объектов. Классифика­ция объектов управления в зависимости от динамических характеристик. Компьютеризациябиотехнологического производстве лекарствен­ных препаратов. Создание автоматизированных рабочих мест. Разработка автоматизированных систем управления. Пакеты прикладных программ. Структура исследований в области биотехнологии микробного синтеза. Применение компьютерной техники на различных этапах производства и получения биотхнологических продуктов. Принципы и этапы анализа дан­ных и математического моделирования биотехнологических систем. Пла­нирование и оптимизация многофакторных экспериментов. Кинетические модели биосинтеза и биокатализа. Организация автоматизированных бан­ков данных по биотехнологическим процессам и продуктам.

Единая система СLР, ССР и СМРпри предклиническом, клиниче­ском испытании лекарств и их производстве. Особенности требований GМР к биотехнологическому производству. Требования к условиям хране­ния сырья для комплексных питательных сред. Карантин. Правила GМР применительно к производству беталактамных антибиотиков.

Причины проведения валидации при замене штаммов-продуцентов и изменении составов ферментационных сред.

Раздел 4.