Навігація
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Головна arrow Географія arrow БІОХІМІЯ
Переглянути оригінал

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Біооб'єкт - центральний і обов'язковий елемент біотехнологічного виробництва, що створює його специфіку. Їм може бути цілісний зберіг життєздатність багатоклітинний або одноклітинний організм, ізольовані клітини багатоклітинного організму, а також віруси і виділені з клітин мультіфер- ментной комплекси, включені в певний метаболічний процес. Нарешті, Біооб'єкти може бути індивідуальний ізольований фермент.

Функцією біооб'єкту в біотехнології є повний біосинтез цільового продукту, що включає ряд послідовних ферментативних реакцій, або каталіз лише однієї ферментативної реакції, що має ключове значення для отримання цільового продукту.

Біооб'єкт, який здійснює повний біосинтез цільового продукту, називається продуцентом. Біооб'єкт, є індивідуальним ферментом або виконує функцію однієї ферментативної реакції, використовуваної в біотехнологічному процесі, називають промисловим біокаталізатором.

Таким чином, до Біооб'єкти відносять макромолекули, мікро- і макроорганізм. Як макромолекул в промисловому виробництві використовують ферменти всіх відомих класів, але найбільш часто - гідролази і трансферази. Найбільш раціонально використовувати ферменти в іммобілізованим вигляді, т. Е. Пов'язані з нерозчинним носієм.

Для приготування вакцин використовують такі біооб'єкти, як віруси. Мікробні клітини прокаріотів і еукаріотів в біотехнологічному виробництві займають домінуюче становище. Ці біооб'єкти є продуцентами первинних метаболітів, які використовуються в якості лікарських засобів: амінокислот, азотистих основ, коферментів, моно- і дисахаридів, ферментів, що застосовуються в замісної терапії.

За допомогою мікроорганізмів синтезують велику кількість вторинних метаболітів, багато з яких знайшли широке застосування (антибіотики та інші коректори гомеостазу клітин ссавців).

Прибуток - препарати на основі біомаси окремих видів мікроорганізмів, використовують при дисбактеріозах для нормалізації мікрофлори шлунково-кишкового тракту. Мікробні клітини методами генної інженерії можуть бути перетворені в продуценти видоспецифических для людини білкових гормонів, білкових факторів неспецифічного імунітету.

Вищі рослини є традиційним і найбільш великим джерелом отримання лікарських засобів. При використанні рослин в якості біооб'єктів основна увага приділяється питанням культивування рослинних тканин на штучних середовищах (калусних і суспензійні культури) і відкриваються при цьому нові перспективи.

Традиційним джерелом лікарських і діагностичних засобів є тваринний світ. У цьому випадку в якості біооб'єктів виступають органи, клітини і біоматеріал ссавців, птахів, рептилій, амфібій, членистоногих, риб, молюсків. Різноманітність біологічно активних сполук тваринного походження вкрай велике.

В останні роки в зв'язку з розвитком технології рекомбінантної ДНК зростає важливість такого біооб'єкту дослідження, як органи і біоматеріал організму людини.

Раніше організм людини як біооб'єкту використовували при отриманні гомологичной антисироватки або при пересадці його тканин і органів, наприклад кісткового мозку, нирок.

Однак з позицій біотехнології людина стала Біооб'єкти лише після реалізації можливості клонування його ДНК в клітинах мікроорганізмів. За рахунок такого підходу ліквідовано дефіцит сировини для отримання видоспецифических білків людини.

Біотехнологія мікробного синтезу - це наукова область, предметом вивчення якої є різноманіття біосинтетичних процесів, що здійснюються за допомогою мікроорганізмів. Її науковою основою є знання про закономірності росту і життєдіяльності популяцій мікроорганізмів в штучно створюваних умовах при біотехнологічних дослідженнях. Щоб приступити до їх проведення, необхідно мати у своєму розпорядженні деякими попередніми відомостями про властивості об'єкта вивчення, про причинно-наслідкові зв'язки між його параметрами і зовнішніми і внутрішніми возмущающими впливами.

У разі складних біотехнологічних об'єктів не можна чітко і однозначно визначити і вивчити окремі їх властивості. У таких об'єктах одночасно діє багато факторів, протікає велика кількість взаємопов'язаних явищ різної фізичної природи, механізм яких, як правило, до кінця не ясний.

Встановлення законів поведінки біотехнологічних систем - складне завдання, для вирішення якої вдаються до побудови фізичних, матеріально-математичних і логіко-математичних моделей, в тій чи іншій мірі імітують поведінку реальних об'єктів.

Моделювання біотехнологічних процесів і їх оптимізація

При моделюванні оперують такими поняттями, як фізичні, матеріально-математичні та логіко-математичні моделі.

Фізичні моделі мають природу, схожу з природою досліджуваного об'єкта, і відрізняються від нього лише розмірами, швидкістю течії досліджуваних явищ і іноді матеріалом. Матеріально-математичні моделі мають відмінну від прототипів природу, але допускають однакову з оригіналом математичний опис. Логіко-математичні моделі конструюються з знаків і є абстрактними моделями, що будуються як обчислення.

У мікробіологічному синтезі лабораторне культивування мікроорганізмів є фізичною моделлю промислового виробництва. Матеріально-математичні моделі застосовують в біотехнології мікробного синтезу з початку минулого століття. Це системи диференціальних рівнянь різного ступеня складності, розробкою яких займалися А.Г. Мак-Кендрік, В.В. Пай, Н.Д. Єрусалимський, Ж. Моно і багато інших дослідників. В даний час загальна кількість таких моделей близько тисячі.

Логіко-математичні моделі також знаходять застосування в біотехнології мікробного синтезу. Наприклад, В.В. Бірюков (1985) з успіхом використовував булеві моделі для прогнозування ферментативних процесів. Слід підкреслити, що за логіко-математичними моделями велике майбутнє, так як вони складають основу формалізованого мови біотехнологічних процесів.

Біотехнологія займається вивченням живих систем різного ступеня складності. При цьому для опису різноманітних явищ поряд зі звичайним використовують біохімічний, морфологічний, фізико-хімічний, генетичний, енергетичний і фізіологічний мови, які застосовують на різних рівнях організації живої матерії: клітинному, тканинному, популяційному, биоценотическом.

При дослідженнях процесів мікробіологічного синтезу відбувається безперервна трансформація моделей досліджуваного об'єкта, ускладнення і зміна їх характеру.

На основі даних, отриманих з аналізу літературних джерел або попередньо проведених експериментів, біотехнолог-дослідник будує гіпотезу про найбільш істотних факторах мікробіологічного синтезу, яка, як правило, формулюється словесно і являє собою описову модель. Потім здійснюється постановка експерименту і фізичне моделювання біотехнологічного процесу, на основі результатів яких підтверджуються або спростовуються первинні гіпотетичні уявлення про хід процесу мікробіологічного синтезу. Отримані результати потім використовуються як в лабораторній, так і промислової біотехнологічної практиці.

При математичному моделюванні дослідник після формулювання описової моделі створює матеріально-математичну модель (як правило, у вигляді систем диференціальних рівнянь), на основі якої (після перевірки її адекватності та ідентифікації) здійснюється пошук оптимального режиму біотехнологічного процесу.

В даний час є велика кількість робіт з математичного моделювання біотехнологічних процесів мікробіологічного синтезу, починаючи від моделей накопичення біомаси, антибіотиків, амінокислот і інших продуктів життєдіяльності мікроорганізмів і кінчаючи моделями, які враховують вікову структуру популяції, автоселекцію і адаптацію мікробних спільнот. Математичні опису ґрунтуються на законах біохімії, ферментативного каталізу і зростання клітинних популяцій.

Для розрахунку виходу цільового продукту в біотехнологічних дослідженнях здійснюється побудова схеми досліджуваного процесу. Біотехнолог визначає набір початкових субстратів, внутрішньоклітинних регуляторів, зокрема ферментів, і кінцевих продуктів, в тому числі цільових. Потім схему досліджуваного процесу описують рівняннями, що представляють собою матеріально-математичну модель цього процесу. Рішення цих рівнянь лежать в основі управління біотехнологічними процесами.

Швидкість накопичення цільового продукту мікробіологічного синтезу в першу чергу визначається кінетикою зростання клітинної популяції - об'єкта культивування. Цільовим фізіологічно активною сполукою може бути сумарна біомаса мікробних клітин, їх низько- або високомолекулярні ендометаболіти (наприклад, для ферментів нуклеїнового обміну), а також екзометаболіти (наприклад, амінокислоти, антибіотики, вітаміни).

Кількість кінцевого продукту пропорційно біомасі. Тому в роботах по математичному моделюванню біотехнологічних процесів мікробіологічного синтезу моделі накопичення біомаси відіграють першорядну роль. В якості такої моделі розглянемо квазіхіміческіх модель зростання клітинних популяцій.

 
Переглянути оригінал
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук