Тема 2 Вступ до технології

1. Загальна технологія фармацевтичних та
біотехнологічних виробництв
Спеціальність 133 “Галузеве машинобудування ”
спеціалізації «Обладнання фармацевтичних і
біотехнологічних виробництв»
Тема 2. Вступ до технології
Стабніков Віктор Петрович
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ
ТЕХНОЛОГІЙ

2. Сергій Виноградський, український мікробіолог, що народився в
Києві, відкрив в 1892 році явище хемосинтезу. Хемосинтезуючі
організми (хемотрофи) для синтезу органічних сполук
використовують енергію, яка звільнюється під час
перетворення неорганічних сполук.
У той же час було
встановлено наукові
принципи біологічної
обробки та дезінфекції
стічних вод.

3. Ензимологія була створена у цій період
та методи виділення та очищення
ферментів були запропоновані. Ензими
широко застосовуються як в харчовій,
так і в фармацевтичній промисловості.
Ця діаграма показує зберігання
енергії хімічної реакції при
застосуванні ферменту.
Структура фементу фенілаланін
гідроксилаза

4. Принципи культивування клітин
рослин та тканин тварин було
встановлено в 70 – 80 роки 19
століття. Було знайдено як
підтримувати живими клітини
віддалені від живого організму.
Фізіолог Сідней Рінгер
запропонував використання
розчину, що містив хлориди
натрію, калію, кальцію та
магнію, для підтримки
скорочень ізольованого серця
тварин.
Рослинні клітини епідермісу
(поверхнева одношарова
тканина)

5. Рисунок структури пробки як
її побачив Роберт Гук під
мікроскопом.
Будову клітини вивчає наука
цитологія. Тіла всіх живих
організмів складаються з клітин,
які вперше спостерігав у 1665 р.
англійський фізик Роберт Гук. Саме
Гук увів термін «клітина» для
найменшої живої частинки (cell
means room).
В 19 столітті три німецьких біолога
- Шлейден, Шванн та Віхров
сформулювали три положення
клітинної теорії: 1) всі живі істоти
складаються з клітин; 2) клітина є
структурною та функциональною
основою життя; 3) кожна клітина
походить від іншої клітини.

6. Гегор Мендель, абат Августиньского монастиря, відкрив закони, що
становлять основу класичної генетики. У дослідах Менделя при
схрещуванні сортів гороху, які мали жовте і зелене насіння, все
потомство (тобто гібриди першого покоління) виявилося з жовтим
насінням.
Домінантний та рецесивній фенотипи. (1) Батьківська генерація.
(2) F1 генерація. (3) F2 генерація.
Рецесивна ознака у гібридів першого
покоління не зникла, а була тільки
пригніченою і виявиться в другому
гібридному поколінні. У другому
поколінні з'являються особини як з
домінантними, так і з рецесивними
станами ознак. Результати другої
генерації F2 показали
співвідношення близьке до 3 : 1.

7. 4. В останній період передісторії сучасної біотехнології (10 – 40
роки XX століття) було відкрито виробництво розчинників ацетону
та бутанолу з допомогою бактерій Clostridium acetobytiricus.
Під час другої світової війни хімік Хаім Вейцман (пізніше перший
президент Ізраїлю) розробив метод виробництва ацетону, який був
потрібний для виготовлення бездимного пороху.
Ацетон Бутанол
Clostridium acetobutylicum

8. Нові біотехнології для отримання екологічно безпечних
біодобрив та біологічних препаратів проти шкідників та хвороб
рослин були розроблені в цій час.
Деякі бактерія здатні
фіксувати і перетворювати
газоподібний азот у форми, що
можуть застосовувати живі
організми.
Спори та кристали Bacillus
thuringiensis. Кристали
токсичні для комарів.
Плаваючи у воді, личинки
комарів поїдають спори та
білкові кристали і гинуть.

9. Дія пеніциліну на стафілокок.
Шотландський біолог та фармаколог Олександер Флемінг відкрив
фермент лізоцим) в 1923 та перший антибіотик пеніцилін in 1928.
Флемінг вивчав властивості стафілокока.
Одного разу вчений побачив , що навкруги
колонії цвілі виникло чисте коло. Отже,
пліснява продукує протимікробний
фактор. Оскільки дана цвіль мала видову
латинську назву Penicilium notatum,
Флемінг назвав цю речовину як пеніцилін
У Радянському Союзі пеніцилін уперше
виділили Зінаїда Єрмольєва та Татяна
Балезіна в 1942 р.
Промислове виробництво пеніциліну
розпочалося в США з 1943 р.
Після другої світової війни було створено
промислове виробництво амінокислот,
мікробного білка та вакцин. Мікробні
клітини стали застосовуватися для
отримання фармацевтичних стероїдних
речовин.

10. Інсулін
Сучасна біотехнологія починається у 1980, коли було показано, що
генетично модифікована бактерія роду Pseudomonas, яка здатна
розщеплювати нафту, може застосовуватися для боротьби з
нафтовими розливами.
Біотехнології з того часу можуть «програмувати» бактерії для
синтезу багатьох типів лікарських засобів, які інші живі організми
не можуть продукувати. Після відкриття структури ДНК, науковці
дійшли до висновку, що можна брати
сегменти ДНК, які несуть
відповідальність за певні
характеристики організму, тобто гени, і
переносити їх у клітини інших
біологічних видів. У 1972 році Х'юберт
Бойєр і Стенлі Коен уперше відокремили
ген і перенесли його до одноклітинної
бактерії, яка, внаслідок експресії цього
гена, почала синтезувати протеїн. Їхнє
відкриття привело до першого
практичного застосування біотехнології
— виробництва синтетичного інсуліну
для лікування хворих на діабет за
допомогою генно-інженерних штамів
Esherechia coli.

11. Біотехнологія широко застосовується для охорони навколишнього
середовища.
Біоремедіація включає використання мікробів для руйнування
забруднювачів довкілля. В основі біоремедіації лежать природні процеси
біодеградації. Наприклад, забруднений хімічними сполуками ґрунт часто
містить мікроорганізми, що здатні атакувати ці токсичні речовини. Ріст
цих мікроорганізмів може бути прискорений внесенням у ґрунт
неорганічних поживних речовин, таких як азот, фосфор, а також кисню.
Іншим шляхом обробки ґрунту є внесення біомаси мікроорганізмів здатних
до біодеградації забруднювачів. Можлива також екскавація забрудненого
ґрунту, його обробка мікроорганізмами в контрольованих умовах, та
повернення на місце.
Генетична інженерія допомогає створювати
організми для біоремедіації. На фотографії –
бактерія Deinococcus radiodurans
модифікована для споживання толуену та
ртуті.

12. Фотографія тютюну, в який
введено ген , що продукує
фермент люцеферазу. Під
ультрафіолетом рослина
флюоресцує.
Бактерії використовуються для
вилуговування металів, таких як залізо,
цинк, уран та інші.
Біотехнологія важна для сільського
господарства. Методами генетичної і
клітинної інженерії створені
високопродуктивні і стійкі до шкідників
та хвороб сорти сільськогосподарських
рослин. Ведуться дослідження з
поліпшення амінокислотного складу
рослинних білків. Розробляються нові
регулятори росту рослин,
мікробіологічні засоби захисту рослин
від хвороб і шкідників, бактеріальні
добрива.

13. Біотехнологія тварин являє собою гілку біотехнології. Нові гени
впроваджуються до ембріонів для отримання трансгенних тварин. Так, ген
альфа-1 антитрипсин, який застосується для лікування емфіземи легенів,
був введений до ДНК вівці таким чином, що тварина продукувала α-1
антитрипсин у своє молоко.
В даний час у промисловому масштабі освоєно культивування лімфобластів
людини, які продукують інтерферон, клітини-гібридоми, що утворюють
моноклональні антитіла; моношарові клітинні культури різних тканин. Навіть
із цих прикладів можна зробити висновок, що головним завданням для
тваринної біотехнології є процеси отримання клітин і клітинних культур.
Сосуди містять тверде
середовище, що містить
поживні речовини для росту
клітин тварин.

14. Біотехнологія використовується в
аналітичній роботі. Секвенування ДНК,
метод встановлення послідовності
нуклеотидних основ ДНК: аденіну,
гуаніну, цитозину і тіміну в молекулі
ДНК, широко застосується при наукових
дослідженнях і для прикладних
методів, таких як діагностика
захворювань та судова медицина.
Визначення нуклеотидної послідовності в молекулі ДНК

15. Критика біотехнології
Деякі негативні аспекти біотехнології
Непередбачене вивільнення генетично модифікованих
організмів (ГМО) у довкілля та можливість того, що нові гені
можуть задати шкоди, якщо вони потраплять у інші живі
організми. Тому в Украйні діють спеціально затверджені Критерії
оцінки ризику потенційного впливу генетично модифікованих
організмів на навколишнє природне середовище, Кожний
трансгенний організм повинен пройти ретельну перевірку на
можливість його застосування.
Інша проблема – це конкуренція з слаборозвинутими країнами.
Наприклад, впровадження гену, який обумовлює синтез
ваніліну, зробив виробництво цього продукту значно дешевшим
у розвинутих країнах, а існуючий виробник не має змоги
конкурувати з трансгенним продуктом.

16. Сучасна біотехнологія має декілька незалежних напрямків:
• Промислова мікробіологія
• Фармацевтична біотехнологія
• Сільськогосподарська біотехнологія
• Клітинна та генетична інженерія
• Екологічна біотехнологія
• Енергетична біотехнологія
Застосування біотехнології у різних сферах людської активності
може бути реалізована завдяки її компактності одночасно з високим
рівнем механізації та продуктивності.
Біотехнологічні процеси можуть контролюватися і проводитися на
автоматизованому обладнанні.
Біотехнологічні процеси на відміну від хімічних відбуваються при
нормальному тиску, не потребують високих температур; вони не
залежать від клімату та погодних умов; не потребують великих площ;
не використовують пестициди, гербіциди, або інші чужорідні для
довкілля речовини; мають низький рівень забруднення
навколишнього середовища.

17. Хімія
Біотехнологія
Біохімія
Мікробіологія
Електроніка
Біохімічна
технологія
Технологія
харчових
продуктів
Генетика
Хімічна
технологія
Механіка
Біоінженерія
Багато дисциплінарна природа
Біотехнології