Объекты биотехнологии
Содержание:
- Бактерии и цианобактерии
- Использование грибов в биотехнологии
- Простейшие в биотехнологии
- Водоросли
- Растения в биотехнологии
- Список литературы
3
5
6
8
10
12
Объекты
биотехнологии и
их биотехнологические
функции.
Биотехнологические объекты находятся на разных ступенях организации:
а)
субклеточные структуры (вирусы, плазмиды,
ДНК митохондрий и
б) бактерии и цианобактерии;
в) грибы;
г) водоросли;
д) простейшие;
е) культуры клеток растений и животных;
ж)
растения – низшие (анабена-азолла)
и высшие – рясковые.
Бактерии и цианобактерии
Микроорганизмов, синтезирующих продукты или осуществляющих реакции, полезные для человека, несколько сотен видов. Биотехнологические функции бактерий разнообразны. Бактерии используются при производстве: - пищевых продуктов, например, уксуса (Gluconobacter suboxidans), молочнокислых напитков (Lactobacillus, Leuconostoc) и др.; - микробных инсектицидов (Bacillus thuringiensis); - белка (Methylomonas); - витаминов (Clostridium - рибофлавин); - растворителей и органических кислот; - биогаза и фотоводорода.
Полезные
бактерии относятся к эубактериям.
Уксуснокислые бактерии, представленные
родами Gluconobacter и Acetobacter, - это грамотрицательные
бактерии, превращающие этанол в уксусную
кислоту, а уксусную кислоту в
углекислый газ и воду. Род Bacillus относится
к грамположительным бактериям,
которые способны образовывать эндоспоры
и имеют перитрихиальное
К
молочнокислым бактериям
К бактериям рода Corynebacterium, неподвижные грамположительные клетки которых не образуют эндоспор, относятся патогенные (C.diphtheriae, C.tuberculosis) и непатогенные почвенные виды, имеющие промышленное значение. С.glutamicum служит источником лизина и улучшающих вкус нуклеотидов. Коринебактерии хотя и считаются факультативными анаэробами, лучше растут аэробно. Бактерии используются для микробного выщелачивания руд и утилизации горнорудных отходов.
Широко используется такое свойство некоторых бактерий, как диазотрофность, то есть способность к фиксации атмосферного азота.
Выделяют 2 большие группы диазотрофов:
-
симбионты: без корневых
-
свободноживущие: гетеротрофы (
Микробные клетки используют для трансформации веществ.
Бактерии также широко используются в генноинженерных манипуляциях при создании геномных клонотек, введении генов в растительные клетки (агробактерии).
Производственные штаммы микроорганизмов должны соответствовать определенным требованиям: способность к росту на дешевых питательных средах, высокая скорость роста и образования целевого продукта, минимальное образование побочных продуктов, стабильность продуцента в отношении производственных свойств, безвредность продуцента и целевого продукта для человека и окружающей среды. В связи с этим все микроорганизмы, используемые в промышленности проходят длительные испытания на безвредность для людей, животных и окружающей среды. Важным свойством продуцента является устойчивость к инфекции, что важно для поддержания стерильности, и фагоустойчивость.
Все
цианобактерии обладают способностью
к азотфиксации, что делает их весьма
перспективными продуцентами белка. Анабена
(Anabaena) - нитчатая сине-зеленая водоросль.
Нити из более или менее округлых
клеток, содержат гетероцисты и иногда
крупные споры, по всей длине нить
одинаковой толщины. В цитоплазме клеток
откладывается близкий к
Свое шествие спирулина (Spirulina platensis) начала из Африки — население района озера Чад давно употребляет ее в пищу, называя этот продукт «дихе». Другое место, откуда начала распространяться спирулина, но иного вида (Spirulina maxima) — воды озера Тескоко в Мексике. Еще ацтеки собирали с поверхности озер и употребляли в пищу слизистую массу сине-зеленой водоросли спирулины. Впервые галеты "текуитлатл" упомянуты испанцем Кастильо в 1521 г. Эти галеты продавались на базаре в Мехико и состояли из высушенных слоев S.maxima. В 1964 году бельгийский ботаник Ж.Леонар обратил внимание на галеты сине-зеленого цвета, которые местное население изготовляло из водорослей, растущих в щелочных прудах вокруг озера Чад. Эти галеты представляли собой высушенную массу спирулины. Анализ образцов Spirulina показал, что в ней содержится 65% белков (больше, чем в соевых бобах), 19% углеводов, 6% пигментов, 4% липидов, 3% волокон и 3% золы. Для белков этой водоросли характерно сбалансированное содержание аминокислот. Клеточная стенка этой водоросли хорошо переваривается. Как озеро Тескоко, так и водоемы района озера Чад имеют в воде очень высокое содержание щелочей. Характерно, что в таких озерах спирулина полностью доминирует и растет почти как монокультура — составляет в отдельных озерах до 99 % общего количества водорослей. Растет спирулина в щелочной среде при рН вплоть до 11. Ее собирают также из озер около г. Мехико, получая до 2 т сухого веса биомассы водоросли в сутки, и эта продукция рассылается в США, Японию, Канаду. В других странах спирулину культивируют обычно в искусственных водоемах или специальных емкостях. Спирулину можно культивировать в открытых прудах или, как в Италии, в замкнутой системе из полиэтиленовых труб. Урожайность очень высокая: получают до 20 г сухой массы водоросли с 1 м2 в день, а расчеты на год показали, что она превысит выход пшеницы примерно в 10 раз.
Преимущества
спирулины по сравнению с другими
съедобными водорослями не только в
простоте культивирования, но и в
несложности сбора биомассы, высушивания
ее, например, под солнцем. В ряде
стран выращивают спирулину вида
Spirulina platensis. Недавно было показано,
что в клетках спирулины, помимо
ценного белка, углеводов, липидов,
витаминов, в значительных количествах
запасается, например, такое ценное
вещество, как поли-b-оксибутират. Отечественная
фармацевтическая промышленность выпускает
препарат «Сплат» на основе цианобактерии
Spirulina platensis. Он содержит комплекс витаминов
и микроэлементов и применяется как общеукрепляющее
и иммуностимулирующе средство.
Использование грибов в биотехнологии
Биотехнологические функции грибов разнообразны. Их используют для получения таких продуктов, как:
- антибиотики (пенициллы, цефалоспорины);
- гиббереллины и цитокинины (фузариум и ботритис);
- каротиноиды (н-р, астаксантин, придающий мякоти лососевых рыб красно-оранжевый оттенок вырабатывают Rhaffia rhodozima, которых добавляют в корм на рыбозаводах);
- белок (Candida, Saccharomyces lipolitica);
- сыры типа рокфор и камамбер (пенициллы);
- соевый соус (Aspergillus oryzae).
К грибам относятся дрожжи и плесени.
Из 500 известных видов дрожжей первым люди научились использовать Saccharomyces cerevisiae, этот вид наиболее интенсивно культивируется. К дрожжам, сбраживающим лактозу, относится Kluyveromyces fragilis, который используют для получения спирта из сыворотки. Saccharomycopsis lipolytica деградирует углеводороды и употребляется для получения белковой массы. Все три вида принадлежат к классу аскомицетов. Другие полезные виды относятся к классу дейтеромицетов (несовершенных грибов), так как они размножаются не половым путем, а почкованием. Candida utilis растет в сульфитных сточных водах (отходы бумажной промышленности). Trichosporon cutaneum, окисляющий многочисленные органические соединения, включая некоторые токсичные (например, фенол), играет важную роль в системах аэробной переработки стоков. Phaffia rhodozyma синтезирует астаксантин - каротиноид, который придает мякоти форели и лосося, выращиваемых на фермах, характерный оранжевый или розоватый цвет. Промышленные дрожжи обычно не размножаются половым путем, не образуют спор и полиплоидны. Последним объясняется их сила и способность адаптироваться к изменениям среды культивирования (в норме ядро клетки S.cerevisiae содержит 17 или 34 хромосомы, т.е. клетки либо гаплоидны, либо диплоидны).
Плесени вызывают многочисленные превращения в твердых средах, которые происходят пред брожением. Их наличием объясняется гидролиз рисового крахмала при производстве сакэ и гидролиз соевых бобов, риса и солода при получении пищи, употребляемой в азиатских странах. Пищевые продукты на основе сброженных плесневыми грибами Rhizopus oligosporus соевых бобов или пшеницы содержат в 5 - 7 раз больше таких витаминов, как рибофлавин, никотиновая кислота) и отличаются повышенным в несколько раз содержанием белка. Плесени также продуцируют ферменты, используемые в промышленности (амилазы, пектиназы и т.д.), органические кислоты и антибиотики. Их применяют и в производстве сыров, например, камамбера и рокфора.
Искусственное
выращивание грибов способно внести
и иной, не менее важный вклад
в дело обеспечения продовольствием
возрастающего населения
Искусственное
разведение древоразрушающих грибов получило
довольно широкое распространение.
Мицелий съедобных грибов можно
выращивают на жидких средах, например
на молочной сыворотке и др., в
специальных ферментерах, в так
называемой глубинной культуре. Это
полностью механизированный и автоматизированный
процесс. Так, в Институте микробиологии
Академии наук БССР разработаны и апробированы
в опытном производстве способы получения
белковых грибных препаратов даедалина
и пантегрина из мицелия древоразрушающих
грибов дедалеопсиса бугристого и пилолистника
тигрового, с высоким содержанием белка
и биологически активных веществ. По содержанию
белка 1 кг этих препаратов эквивалентен
2 кг мяса. По биологической ценности белок
этих препаратов не уступает растительным
и приближается к животным белкам. Перевариваемость
белков данных препаратов составляет
свыше 80 %. В основе этого способа получения
пищевого белка лежат полученные микологами
данные о том, что плодовые тела грибов
и их грибница близки по своему химическому
составу и пищевой ценности. Грибные белковые
препараты даедалин и пантегрин рекомендованы
в качестве пищевых добавок после соответствующего
медицинского контроля. Исследования
в этом направлении продолжаются.
Простейшие в биотехнологии
Простейшие
относятся к числу
В этом качестве рациональнее использовать свободноживущих простейших, обладающих разнообразными биосинтетическими возможностями и потому широко распространенными в природе.
Особую
экологическую нишу занимают простейшие,
обитающие в рубце жвачных
животных. Они обладают ферментом
целлюлазой, способствующей разложению
клетчатки в желудке жвачных.
Простейшие рубца могут быть источником
этого ценного фермента. Возбудитель
южноамериканского
Поскольку
липидный метаболизм простейших обладает
относительной лабильностью, были изучены
пути его регуляции. Применение к
простейшим общепринятого в микробиологии
приема повышения биосинтеза липидов
за счет снижения содержания в среде
источника азота и увеличения
содержания источника углерода привело
к резкому торможению или остановке
роста культур. Для создания условий
направленного биосинтеза липидов
в среды для культивирования
жгутиконосцев добавляли
Российские
ученые получили водорастворимый
Полученные
данные позволяют предполагать,что
в основе физиологических эффектов
препарата лежит его
Препарат
не обладал прямым цитотоксическим
действием на культуру опухолевых клеток,
а его противоопухолевое
Разнообразие
полисахаридов, синтезируемых простейшими,
достаточно велико. Особый интерес
представляет парамилон, характерный
для эвгленоидных жгутиконосцев. Представители
родов Astasia и Euglena способны к сверхсинтезу
парамилона, составляющему свыше 50
% сухого остатка клеток. Этот полисахарид
изучается как стимулятор иммунной
системы млекопитающих. В наших
опытах парамилон A. longa обладал выраженным
противоопухолевым эффектом. Действуя
опосредованно через иммунную систему,
парамилон тормозит рост саркомы 180
на 60 % и снижает прививаемость
аденокарциномы Эрлиха. Аденокарцинома
Эрлиха вообще не прививалась у 50—
60 % мышей, которым профилактически
был введен парамилон в дозах
3 и 30 мг/кг веса животного. Парамилон, выделенный
из А. longa, практически нетоксичен. Выраженное
иммуномодулирующее действие и низкая
токсичность этого препарата
являются предпосылкой для его углубленного
исследования в сочетании с препаратами
прямого противоопухолевого действия,
радиотерапией и другими
В
настоящее время в мире придается
большое значение производству глюканов
не только для медицинских целей,
но и для пищевой и текстильной
промышленности. До сих пор глюканы
получали из культур бактерий или
морских водорослей. Эвглениды являются
одним из наиболее перспективных
источников этого вещества. Структурные
полисахариды, входящие в состав клеточных
мембран простейших,— это
Большой
интерес представляет выяснение
антигенной взаимосвязи между
Биомасса
простейших содержит до 50% белка. Его
высокая биологическая ценность
заключается в том, что он содержит
все незаменимые аминокислоты, причем
со держание свободных аминокислот
на порядок выше, чем в биомассе
микроводорослей, бактерий и в мясе.
Это свидетельствует о широких
возможностях применения свободноживущих
простейших в качестве источника
кормового белка.
Водоросли
Водоросли используются, в основном, для получения белка. Весьма перспективны в этом отношении и культуры одноклеточных водорослей, в частности высокопродуктивных штаммов рода Chlorella и Scenedesmus. Их биомасса после соответствующей обработки используется в качестве добавки в рационы скота, а также в пищевых целях.
Одноклеточные
водоросли выращивают в условиях
мягкого теплого климата (Средняя
Азия, Крым) в открытых бассейнах
со специальной питательной
Хлорелла содержит около 50 % белка, а люцерна — лишь 18 %. В целом в пересчете на 1 га хлорелла образует 20—30 т чистого белка, а люцерна — 2—3,5 т. Кроме того, хлорелла содержит 40 % углеводов, 7—10 % жиров, витамины А (в 20 раз больше), B2, К, РР и многие микроэлементы. Варьируя состав питательной среды, можно процессы биосинтеза в клетках хлореллы сдвинуть в сторону накопления либо белков, либо углеводов, а также активировать образование тех или иных витаминов.
При завоевании племен майя миссионерами описывался случай, когда испанцы около полутора лет осаждали крепость на вершине горы. Естественно, что все продукты давно должны были кончиться, однако крепость не сдавалась. Когда же она была наконец взята, то испанцы с удивлением увидели в ней небольшие пруды, где культивировались одноклеточные водоросли, из которых индейцы готовили особый сыр. Испанцы попробовали его и нашли весьма приятным на вкус. Однако это было уже после того, как испанцы уничтожили абсолютно всех защитников и секрет племени был утерян. В наше время делались попытки определить этот вид водорослей, из которых готовился сыр, но они не увенчались успехом.
В пищу употребляют не менее 100 видов макрофитных водорослей как в странах Европы и Америки, так и особенно на Востоке. Из них готовят много разнообразных блюд, в том числе диетических, салатов, приправ. Их подают в виде засахаренных кусочков, своеобразных конфет, из них варят варенье, делают желе, добавки к тесту и многое другое. В магазине можно купить консервы из морской капусты — ламинарии дальневосточных или северных морей. Ее консервируют с мясом, рыбой, овощами, рисом, употребляют при приготовлении супов и др. Она наряду с микроводорослью хлореллой является самой популярной съедобной и кормовой водорослью.
Известны и другие съедобные макрофитные водоросли — ульва, из которой делают разные зеленые салаты, а также алария, порфира, родимения, хондрус, ундария и др. В Японии продукты, получаемые из ламинариевых, называют «комбу», и для того, чтобы их вкусно приготовить, существует более десятка способов.
В целом ряде стран водоросли используют как весьма полезную витаминную добавку к кормам для сельскохозяйственных животных. Их прибавляют к сену или дают как самостоятельный корм для коров, лошадей, овец, коз, домашней птицы во Франции, Шотландии, Швеции, Норвегии, Исландии, Японии, Америке, Дании и на нашем Севере. Животным скармливают в виде добавки также биомассу выращиваемых микроводорослей (хлорелла, сценедесмус, дуналиелла и др.).
Гидролизаты
белка зеленой водоросли
Наряду с кормами водоросли давно применяют в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Биомасса обогащает почву фосфором, калием, йодом и значительным количеством микроэлементов, пополняет также ее бактериальную, в том числе азотфиксирующую, микрофлору. При этом в почве водоросли разлагаются быстрее, чем навозные удобрения, и не засоряют ее семенами сорняков, личинками вредных насекомых, спорами фитопатогенных грибов.
Одним из самых ценных продуктов, получаемых из красных водорослей, является агар — полисахарид, присутствующий в их оболочках и состоящий из агарозы и агаропектина. Количество его доходит до 30—40 % от веса водорослей (водоросли лауренция и грацилярия, гелидиум). Водоросли — единственный источник получения агара, агароидов, каррагинина, альгинатов. В мире в 1980 г. было получено 7 тыс. т агара, 222 тыс. т альгинатов, 10 тыс. т каррагинина. В нашей стране основным источником агара служит красная водоросль анфельция.
Бурые водоросли являются единственным источником получения одних из самых ценных веществ водорослей — солей альгиновой кислоты, альгинатов. Альгиновая кислота — линейный гетерополисахарид, построенный из связанных остатков (3 — Д-маннуроновой и α — L-гиулуроновой кислот.
Альгинаты исключительно широко применяются в народном хозяйстве. Это изготовление высококачественных смазок для трущихся деталей машин, медицинские и парфюмерные мази и кремы, синтетические волокна и пластики, стойкие к любой погоде лакокрасочные покрытия, не выцветающие со временем ткани, производство шелка, клеящих веществ исключительно сильного действия, строительных материалов, пищевые продукты отличного качества — фруктовые соки, консервы, мороженое, стабилизаторы растворов, брикетирование топлива, литейное производство и многое другое. Альгинат натрия — наиболее используемое соединение — способен поглощать до 300 весовых единиц воды, образуя при этом вязкие растворы.
Бурые водоросли богаты также весьма полезным соединением — шестиатомным спиртом маннитом, который с успехом применяют в пищевой промышленности, фармацевтике, при производстве бумаги, красок, взрывчатки и др. Бурые водоросли в ближайшее время планируется использовать для получения биогаза. Каллусные культуры макрофитных водорослей могут быть использованы далее в различных направлениях. В случае, если они получены от агарофитов, можно непосредственно получать из них агар.

- Объекты бухгалтерского наблюдения и их классификация
- Объекты бухгалтерского учета и их классификация
- Объекты бухгалтерского учета: обязательства предприятия, их виды и отражение на счетах
- Объекты в Web-программировании
- Объекты воздействия PR кампании. Целевые аудитории PR кампании
- Объекты всемирного наследия Италии. Объекты Юнеско
- Объекты всемирного наследия Латинской Америки
- Объект тавароведения. Химические свойства товаров, характеристика сущности и практическое значение показателей свойств, методы их опред
- Объекты автоматизации в системе организации
- Объекты авторского права
- Объекты авторского права
- Объекты авторского права
- Объекты авторского права
- Объекты административного права