Wyklad 1

Wykład 1 – Biotechnologia – historia, zakres i odbiór społeczny
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA

BIOTECHNOLOGIA
Zintegrowane zastosowanie wiedzy z zakresu biochemii, mikrobiologii
i nauk inżynierskich w celu racjonalnego wykorzystania możliwości
drobnoustrojów, hodowanych komórek zwierzęcych i roślinnych
lub ich części dla celów przemysłowych, w rolnictwie, ochronie zdrowia
i w ochronie środowiska.

Biotechnologia biała – wykorzystanie systemów
biologicznych w produkcji przemysłowej
i ochronie środowiska
Biotechnologia zielona – zastosowania metod
biotechnologicznych w rolnictwie
Biotechnologia czerwona – zastosowania metod
biotechnologicznych w ochronie zdrowia
1


Biotechnologia przemysłowa
- Bioakataliza

- Biosynteza

- Biotransformacja

Udział biotechnologii przemysłowej w przemyśle chemicznym

2004 5%

2010 16%

2020 25%?


Atuty biotechnologii
- przetwarzanie surowców odnawialnych
- selektywne otrzymywanie optycznie czystych substancji
- łagodne warunki prowadzenia procesów
- mała energochłonność
- duży stopień bezpieczeństwa
- mała szkodliwość dla środowiska

Perspektywy i możliwości
- możliwość skutecznej diagnostyki i leczenia chorób
i nowotworowych;
- tworzenie nowych leków i szczepionek;
- pokonanie problemu głodu dzięki wprowadzeniu GM
roślin odpornych na choroby i niekorzystne warunki
klimatyczne oraz bardzo szybko rosnących.


Perspektywy czerwonej biotechnologii

-poszerzanie udziału biofarmaceutyków w rynku farmaceutycznym
-wprowadzanie do lecznictwa białek zmodyfikowanych
-malejące koszty wytwarzania; nowi producenci:
drobnoustroje ekstremofilne, transgeniczne rośliny
i zwierzęta
-wykorzystanie osiągnięć genomiki (Human Genome
Project i inne) dla odkrywania nowych celów molekularnych
-wykorzystanie osiągnięć farmakogenomiki – leki nakierowane
na określone grupy pacjentów
-somatyczna terapia genowa in vitro i in vivo; technologia
siRNA
-terapia antysensowa
-ksenotransplantacje

Przedmiot: TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Historia biotechnologii przemysłowej
Od zarania ludzkości - spontaniczne procesy fermentacyjne
Druga połowa XIX w. - Ludwik Pasteur – mikrobiologiczne początki współczesnej biotechnologii,
odkrycie biochemicznych podstaw fermentacji alkoholowej, konstrukcja szczepionek,
pasteryzacja;
O. Brefeld, J. Lister, E Ch. Hansen – otrzymywanie czystych kultur pleśni, bakterii i drożdży
1915 opracowanie przez Weizmanna fermentacyjnej metody otrzymywania butanolu
i acetonu przy użyciu bakterii Clostridium
1923 Firma Pfizer - fermentacyjna technologia otrzymywania kwasu cytrynowego
1925 Opracowanie fermentacyjnych technologii wytwarzania kwasów: octowego, szczawiowego
do 1935 glukonowego, fumarowego
1929 odkrycie penicyliny przez Fleminga
1933 przemysłowa produkcja etanolu z hydrolizatów drewna
1943 początek produkcji penicyliny na skalę przemysłową (Florey, Chain, Abraham)
1944 odkrycie streptomycyny przez Schatza i Waksmana
1949 wytwarzanie witaminy B12
1953 określenie struktury DNA (Watson i Crick)
1965 ustalenie kodu genetycznego
do 1970 pierwsze technologie z użyciem immobilizowanych enzymów
1970- początki zastosowań inżynierii genetycznej do udoskonalania szczepów przemysłowych
1970- początki inżynierii bioprocesowej
1978 firma Genetech rozpoczyna produkcję ludzkiej insuliny z użyciem E. coli
1982 dopuszczenie do stosowania w Europie pierwszych szczepionek otrzymanych
techniką rekombinowanego DNA
1988 opracowanie techniki PCR
do 2000 początki inżynierii białkowej i metabolicznej
po 2000 stosowanie transgenicznych roślin i zwierząt jako bioreaktorów



Schemat odzysku złota z rud złotonośnych
- -
2 CN + O2 + 4 H2O
2 NH3 + 3 O2
2 HCO3 + 2 NH3
- +
2 NO2 + 2 H + 2 H2O 2 NO3
-
+
+
6 H
Drobnoustroje utleniające cyjanki:
Actinomyces, Alcaligenes, Artrobacter,
Bacillus, Micrococcus, Neisseria, Paracoccus,
Reakcje bioutlenienia cyjanków
Thiobacillus, Pseudomonas



Kolonie Aspergillus niger

Schemat procesu wytwarzania kwasu
cytrynowego metodą fermentacyjną



Penicylina G

Biotechnologiczne wytwarzanie antybiotyków



Insulina ludzka produkowana przez BIOTON jest
pierwszym polskim lekiem wytworzonym z
wykorzystaniem inżynierii genetycznej i pierwszym
polskim lekiem opartym na nowoczesnych
metodach procesowania białka


Tworzywa plastyczne wytwarzane przez drobnoustroje

Skład polimerów polihydroksykwasów (PHA)
wytwarzanych przez różne gatunki bakterii
z różnych źródeł węgla

R O
Granule kwasu polihydroksymasłowego
w komórkach Ralstonia eutropha O CH CH2 C
n


Biotechnologiczne metody przekształcania energii

Bioreaktor do wytwarzania biogazu
w wyniku fermentacji anaerobowej

Schemat bioogniwa mikrobiologicznego


Biotechnologia w ochronie środowiska

Zastosowanie bakterii luminescencyjnych do biomonitoringu



Schemat procesu oczyszczania ścieków
z zastosowaniem technologii osadu czynnego.



Zastosowanie bioreaktora do remediacji zanieczyszczonych wód gruntowych


Agrobiotechnologia
Wprowadzanie DNA do komórek roślinnych
Bakterie glebowe Agrobacterium tumefaciens zakażają rośliny wprowadzając do nich
plazmid Ti, zawierający geny powodujące tworzenie guzowatych narośli

Narośl powstająca w wyniku
zainfekowania rośliny przez
Agrobacterium tumefaciens Uproszczony schemat mapy plazmidu Ti A. tumefaciens
Wektor skonstruowany na bazie Ti nie zawiera
sekwencji zaznaczonych na czarno – w ich miejsce
wstawiane są geny obce


Społeczny odbiór biotechnologii

Organizmy Modyfikowane Genetycznie - GMO (z ang.
Genetically Modified Organism)
Organizmy Transgeniczne - zawierają w swoim genomie
(czyli informacji genetycznej organizmu) obce geny,
pochodzące z obcego organizmu.


Niektóre obszary i techniki współczesnej biotechnologii
będące przedmiotem szczególnych kontrowersji społecznych
- klonowanie organizmów

- organizmy transgeniczne

- żywność GMO

- rośliny i zwierzęta jako bioreaktory

- terapia genowa i antysensowa

- komórki macierzyste i ich zastosowanie



Klon; klonowanie ?
Klonowanie – w potocznym rozumieniu proces tworzenia
idealnej kopii z oryginału

W biologii mianem klonu określa się organizmy mające identyczny
lub prawie identyczny materiał genetyczny. Klonami są więc
organizmy powstałe w procesie rozmnażania wegetatywnego,
takie jak kolonie jednokomórkowców, odrośla i rozmnóżki
roślin, etc.

Termin clone pochodzący od greckiego κλωνος (gałązka, odrośl),
oznaczający roślinę wyhodowaną z ukorzenionej gałązki,
wprowadzono w XIX w. w Anglii.

Przedmiot: Podstawy Biotechnologii
Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna

Klonowanie
Klonowanie organizmów oznacza procedurę otrzymywania
organizmów o takiej samej informacji genetycznej, z reguły
poprzez procedurę transferu jądra z komórki somatycznej
do komórki jajowej pozbawionej uprzednio jądra.

Klonowanie genów - w genetyce i biologii molekularnej proces
tzw. wyosobniania genu. Polega na łączeniu fragmentów materiału
genetycznego z wektorem molekularnym i ich namnażaniu
w innym organizmie. Otrzymuje się w ten sposób wiele kopii tego
samego genu.Termin klonowanie genów odnosi się też
do identyfikacji genów poprzez wykorzystanie procedury
klonowania genów.


Klonowanie zwierząt
żaba Xenopus laevis (1958, 1962)
karp: (1963) ?
owca: (1996) pierwszy sklonowany ssak: Owca Dolly
małpa (Rezus): (samica, styczeń 2000)
świnia: (5 prosiaków z jednej świni, Szkocja - 2000)
bawół: (samiec, styczeń 2001)
krowa: Alpha and Beta (samica, 2001)
kot: CopyCat "CC" (samica, jesień 2001)
mysz: (1998)
królik: (marzec-kwiecień, 2003) we Francji i Korei Południowej.
muł: Idaho Gem (samiec, maj 2003) i Utah Pioneer (samiec, lipiec 2003)
jeleń: Dewey (2003)
koń: Prometea (samica, 2003)
szczur: Ralph (samiec, 2003)
muszki owocowe (2004)
pies: Snuppy (kwiecień 2005)



Klonowanie człowieka ?
•masowa produkcja klonów, w celu np. tworzenia z nich zastępów tanich żołnierzy albo niewolników
•produkcja klonów pozbawionych mózgu w celu używania ich jako "zapasowych ciał". W razie np.
nieuleczalnej choroby albo śmierci na skutek urazu istniałaby możliwość wszczepienia mózgu
do organizmu "pustego" klona i dalsze życie
•produkcja dorosłych klonów w celu pozyskiwania z nich cennych organów do przeszczepów
•produkcja klonów jako forma świadomego sterowania cechami potomstwa - np. zamiast rodzić
"niepewne genetycznie" dzieci, można by mieć dziecko-klona - identycznego ze sobą samym
lub innym członkiem rodziny, lub "zamówić" sobie dziecko - klona osoby obdarzonej szczególnymi
talentami.

- Severino Antinori 2002
- Clonaid, realianie 2002
- Panos Zavos 2004
- Woo Suk Hwang 2004

Zwierzęta transgeniczne
1. Modyfikacje mające na celu wytwarzanie w organizmie zwierząt białek terapeutycznych.
Zwierzęta jako bioreaktory

Modyfikowane w tym celu są głównie krowy, kozy, owce, gdyż pożądane białka wytwarzane są w gruczołach mlecznych
i wydzielane z mlekiem. Produkowana jest antytrombina - ludzki enzym - czynnik krzepliwości krwi, pozwala na kontrolę
powstawania zakrzepów, produkcja antytrypsyny - stosowanej w leczeniu rozedmy płuc, erytropoetyny - leczenie anemii.
Inne podejście – modyfikowane genetycznie kury: pożądane produkty są akumulowane w jajach.

2. Uzyskanie szybszego wzrostu zwierząt hodowlanych.

Modyfikacje polegające na wprowadzeniu genów kodujących hormon wzrostu.
W ten sposób modyfikowane były głównie ryby: karpie, łososie, ale także
na zwierzętach gospodarskich, świniach, królikach, owcach.

3. Krowy dające więcej mleka, oraz mleko specjalnie przystosowane do produkcji serów.
Zwiększenie laktacji – zastosowanie rekombinowanej somatotropiny bydlęcej (BST)
Krowom wprowadzono dodatkowe kopie genów kodujących proteiny: beta- i kappa- kazeinę. Kazeina jest składnikiem
twarogów i białych serów. Modyfikacje powoduje to, iż z mleka łatwiej jest uzyskać ser - można go uzyskać więcej z tej
samej objętości mleka oraz szybciej.

4. Odporność na choroby.

5. Modyfikowane świnie jako dawcy narządów.


Gigantyczne myszy otrzymano
Organizmy transgeniczne w wyniku wprowadzenia do zapłodnionej
komórki jajowej szczurzego genu hormonu
wzrostu, tzw. somatotropiny.

Gen, umieszczony w plazmidzie pod kontrolą
Promotora genu mysiej metalotioneiny,
wprowadzono techniką mikroiniekcji.

Ekspresję genu indukowano podając rosnącym
transgenicznym myszom wodę zawierającą
kadm

Rośliny transgeniczne – strategie postępowania
Zmiana właściwości użytkowych produktów roślinnych
- żywność funkcjonalna, np. ryż wytwarzający
prowitaminę A i białka wiążące żelazo („złoty ryż”)
– geny przeniesione z hiacynta

- Flavr SavrTM – pomidory o zwiększonej trwałości;
gen kodujący poligalaktouronazę wyciszony
dzięki zastosowaniu strategii antysensowej

- kawa o zredukowanej zawartości kofeiny

- słodkie ziemniaki – wprowadzenie genu kodującego
słodkie białko (taumatynę)

- winogrona bezpestkowe

Przedmiot: Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna

Zmiana cech użytkowych roślin
- kukurydza i inne rośliny użytkowe oporne na herbicydy.
Oporność na Roundup uzyskuje się poprzez wprowadzenie wielokrotnych kopii
genu kodującego cel molekularny dla tego herbicydu.

- rośliny użytkowe odporne na insekty.
Wprowadza się gen Cry kodujący białko
z bakterii Bacillus thuringiensis toksyczne
dla larw owadów.
Larwy pasożyta kukurydzy zaatakowane
przez B. thuringiensis

-ziemniaki odporne na wymarzanie poprzez wprowadzenie genu BetA kodującego
białko „antifreeze” z ryb żyjących w morzach arktycznych.

-rośliny transgeniczne jako bioreaktory. Rośliny wytwarzające szczepionki przeciwko
chorobom ludzkim.
Sałata transgeniczna wytwarzająca
antygen powierzchniowy wirusa HCVB;
Ziemniaki transgeniczne akumulujące
w bulwach fragment toksyny cholery.


Eurobarometr 2005


Eurobarometr 2005
Żywność GMO



Wiek a poparcie dla różnych biotechnologii


Wyniki sondażu na temat stosunku społeczeństw UE
do stosowania manipulacji genetycznych

Wyklad 1

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (6)

Similar to Wyklad 1

Similar to Wyklad 1 (20)

More from marwron

More from marwron (20)

Wyklad 1