Презентация по теме "Селекция микроорганизмов. Биотехнология" 9 класс.

Селекция микроорганизмов. Биотехнология

Определим понятия!!!

Определим понятия!!!

Определим понятия!!!

Штамм (от нем. Stamm – ствол, основа; семья, племя) – чистая культура микроорганизма, выделенного из определенного источника или полученного в результате мутаций. 

Определим понятия!!!

Биологические особенности микроорганизмов,
учитываемые в селекции, следует отнести:

К середине прошлого века возникла новая отрасль промышленности – микробиологическая, которая использует одноклеточные грибы, бактерии для производства сложных органических веществ. Микробиологическая промышленность является составной частью биотехнологии.

Немного истории

основаны на деятельности микроорганизмов

отрасли пищевой промышленности

антибиотики

Биотехнологические направления
и продукты

Объекты

- Микроорганизмы
Клетки
Ткани
Субклеточные компоненты
(изолированные из клеток растений, животных и человека)

Методы

Генная инженерия
Клеточная инженерия -Соматическая гибридизация
Операции с яйцеклетками, зиготами, эмбрионами
Крупномасштабное культивирование микроорганизмов, клеток, тканей, фрагментов
Искусственный мутагенез и селекция

Для получения наиболее продуктивных форм микроорганизмов широко применяют методы селекции.

Для получения высокопродуктивных форм микроорганизмов особенно широко используют метод искусственного получения мутаций

под действием

Таким путем удается повысить скорость мутаций микроорганизмов в десятки и сотни раз, что облегчает и ускоряет процесс отбора высокопродуктивных рас. Особенно велики успехи в промышленности антибиотиков. Отечественные ученые (С.И. Алиханян и др.) получили мутантные штаммы микроорганизмов, обеспечивающие в десятки раз более высокий выход антибиотиков, чем исходные культуры.
Селекция находит широкое применение и в отношении микроорганизмов, используемых в пищевой промышленности.
Например, путем селекции выделяют наиболее продуктивные формы дрожжей, повышающие качество хлеба.

В биотехнологических процессах широко применяют микроорганизмы (бактерии, плесневые грибы, актиномицеты, дрожжи).

В ней комплексно используют высшие достижения микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, генной инженерии, инженерных наук.

Биотехнология – это приложение биологических процессов и систем в производстве. Она включает в себя:

Поколения биопродуктов

Генная инженерия - Целенаправленное конструирование молекулярных генетических систем – рекомбинантных ДНК in vitro с последующим введением в живой организм. 

Определим понятия!!!

Фузия клеток означает их слияние.
Допустим, что один бактериальный штамм хорошо растет «на сахаре», но плохо продуцирует желаемое вещество, а другой, напротив, плохо растет, но продуцирует большое количество нужного вещества.
Заманчиво «сконструировать» из них штамм, который бы совмещал и то и другое (бактерии размножаются простым делением, у них нет полового размножения и присущих эукариотам источников комбинативной изменчивости).
В этой ситуации на помощь приходит фузия клеток.

Фузия клеток и
ее применение в биотехнологию

Фузия клеток используется не только в работе с микроорганизмами.
Так, она применяется для слияния клеток человека, способных продуцировать антитела, но почти не размножающихся на искусственных питательных средах, с интенсивно растущими раковыми клетками. В результате возникают хорошо растущие клетки, продуцирующие антитела. Слияние клеток картофеля и томата привело к созданию гибридного организма, названного томофелем. Это растение дает на корнях картофельные клубни, а в надземной части – плоды томата.

Этапы развития БТН

Зообиотехнология

Создание трансгенных животных
Мозаичные мыши, Овцекоза, Кидас, Хонурик
Создание новых пород
Клонирование: на культуре опухолевых тканей;
на эмбрионах; кожи; вельмокультура;
партеногенетическое размножение насекомых;
биотехнологические основы размножения животных

Биотехнологические методы
в сельском хозяйстве

Биотрансформация – химические реакции с помощью микроорганизмов, клеток тканей или ферментов. Биодеградация – переработка отходов и побочных продуктов сельского хозяйства и промышленности. Биоконверсия – превращение ненужного сырья в полезные продукты (получение биогаза). Биогеотехнология – использование организмов в добыче полезных ископаемых (получение меди, добыча нефти, очистка угля от серы). Биоэнерготехнология.

Определим понятия!!!

Производство вакцин

(более 100)

Современные биопродукты
и их применение

Энзимология – наука о ферментах.
Фотоинзимология.
Биосенсоры.
Гибридома.
Векторы – переносчики наследственной информации в клетку
(плазмиды, фаг Лямбда, космиды, Ti-плазмиды агробактерий, микрочастички золота),
Криобанки, криосохранение,
Клонирование, микроклонирование,

Методы биотехнологии позволяют решить проблему получения многих жизненно важных лекарственных веществ.
Рассмотрим некоторые медицинские аспекты применения биотехнологии.

Получение пенициллина. Антибактериальное действие пеницилла (кистевидного плесневого гриба) было открыто в 1929 г. английским микробиологом Александром Флемингом. Флеминг заметил, что возле плесневого гриба не размножаются бактерии, следовательно, плесень выделяла в окружающую среду какое-то «враждебное» бактериям вещество. Флеминг назвал это вещество пенициллином.С началом Второй мировой войны сразу же возникла острая потребность в лекарственных средствах для борьбы с бактериальными инфекциями при ранениях. В 1941 г. пенициллин был впервые опробован для лечения человека, страдающего от стафилококковой инфекции. Несмотря на наступившее в начале лечения кратковременное улучшение, пациент умер. У врачей было всего 3 г пенициллина. Этого для лечения оказалось недостаточно.
Для получения пенициллина в количестве, достаточном для излечения одного больного, требовалось переработать около 1 000 л «грибного бульона». Надо было найти более активный продуцент, научиться культивировать его в огромных количествах и разработать способ выделения пенициллина и получения его в чистом виде. Эту задачу решили в 1943 г. в США: культуру гриба облучали рентгеновскими лучами и отбирали наилучших продуцентов. После повторения такой процедуры более 20 раз был получен подходящий штамм продуцента. И в настоящее время продолжают отбирать наиболее перспективные штаммы этого гриба. Продуктивность лучших из них составляет около 50 г пенициллина на 1 л питательного раствора.

Получение других антибиотиков. Когда пенициллин начал свое победное шествие по миру, то поначалу казалось, что найдено средство против всех бактерий на свете. Но вскоре выяснилось, что для некоторых бактерий пенициллин безвреден. К таким бактериям относится и возбудитель туберкулеза – микобактерия. Однако уже в 1941 г. американский микробиолог З.Ваксман выделил из почвы микроорганизмы стрептомицеты (они обусловливают запах, который исходит от земли). Эти организмы продуцируют вещество стрептомицин – чрезвычайно активный антибиотик, действующий в том числе и на возбудителя туберкулеза. Ваксман предложил называть антибиотиками (от греч. анти и биос – против жизни) все вещества, образуемые микроорганизмами и способные подавлять, повреждать или убивать других микробов. К настоящему времени выявлено около 5 тыс. различных антибиотиков, из которых в медицине применяется лишь около 100.

Производство инсулина. Инсулин – белок-гормон, вырабатываемый бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы в организме человека и животных. Он регулирует содержание сахара в крови. При недостатке инсулина наблюдается заболевание – сахарный диабет. Инсулин для лечебных целей обычно получают из поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота. Однако не каждый больной сахарным диабетом может переносить животный инсулин. Для решения проблемы получения «человеческого» инсулина учеными была выдвинута идея: в ДНК бактерий следует каким-либо образом ввести фрагмент ДНК с геном человеческого инсулина, т.е. бактерии нужно «подложить кукушкино яйцо». Работы с применением методов генной инженерии велись с кишечной палочкой (бактерия E.coli) на протяжении десятилетий и были закончены к 1978 г. Теперь бактерии стали продуцировать инсулин человека, апробация которого дала прекрасные результаты.

Производство интерферона – лечебного средства против вирусов. Интерфероны – это группа белков, которые при контакте с неповрежденными клетками вызывают в них устойчивость к вирусной инфекции. Среди них выделяют: α-, или лейкоцитарные, β-, или фибробластные и α-, или иммунные, интерфероны. Антибиотики против вирусов недейственны. Методами генной инженерии почти одновременно к 1979 г. три группы ученых (из Цюрихского университета под руководством Ч.Вейсмана, Токийского Института рака под руководством Т.Танигучи и американские исследователи под руководством Дж.Геддела) «научили» бактерии (вновь использовалась кишечная палочка) синтезировать человеческий интерферон. В настоящее время интерферон применяется повсеместно во всем мире. Он эффективен против возбудителей бешенства, гепатита, ринитов и других вирусных болезней. Таким образом, на основе методов генной инженерии, отбора и культивирования удается получить штаммы микроорганизмов, производящие важные лекарственные вещества.

На ученых, работающих над созданием генетически модифицированных организмов, лежит большая ответственность, т.к. существует потенциальная возможность создания опасных микроорганизмов.

Химерное растение

Растение табака, клетки которого имеют ген люцеферазы светлячка, светится в темноте, если его полить раствором, содержащим люцеферин (при фотографировании продолжительность экспозиции фотопленки составляла сутки, 24 часа!)

Показал садовод
Нам такой огород,
Где на грядках, засеяно густо.
Огурбузы росли,
Помидыни росли,
Редисвекла, чеслук и репуста,
Сельдерошек поспел
И моркофель дозрел,
Стал уже осыпаться
спаржовник….
Н.Кончаловская

Приложение

Обсудим

«Красная» биотехнология- производство биофармацевтических препаратов для диагностики и лечения различных заболеваний человека и коррекции генетического кода.
«Белая» биотехнология – производство ферментов и биоматериалов для пищевой промышленности.
«Зеленая» биотехнология - разработка и внедрение в культуру генетически модифицированных растений, создание новых пород животных.