реферат на тему біотехнологія отримання органічних кислот

реферат на тему біотехнологія отримання органічних кислот

С розвитком біотехнології пов язують вирішення глобальних проблем людства - ліквідацію недостачі продовольства, енергії, мінеральних ресурсів, поліпшення стана охорони здоров я і якості навколишнього середовища. Що стосується більш сучасних біотехнологічних процесів, то вони базуються на методах рекомбінантних днк, а також на використанні іммобілізованих ферментів, клітин і клітинних органел. У 40 - 50 - ті роки 20 ст коли був здійснений біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалася ера антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створенню мікробіологічної промисловості. Берга в сша першої гібридної молекули днк in vitro формально пов язане народження генетичної інженерії, що відкрила шлях до свідомої зміни генетичної структури організмів таким чином, щоб ці організми могли робити необхідні людині продукти і здійснювати необхідні процеси.

Ці два напрямки визначили образ нової біотехнології, що має мало загального з тією примітивною біотехнологією, що людина використовувала протягом тисячоріч. Протягом століть фермери, пекарі та пивовари використовували традиційні технології для зміни та модифікації рослин та продуктів харчування - пшениця може слугувати давнім прикладом, а нектарин - одним з останніх прикладів цього. Дозволяючи фермерам зменшити кількість пестицидів та гербіцидів, біотехнологічні продукти першого покоління призвели до зменшення їх використання в сільськогосподарській практиці, а майбутні продукти біотехнологій повинні принести ще більше переваг. Окрім того, гербіциди, які застосовуються в поєднанні з генетично модифікованими рослинами, часто є більш безпечними для довкілля, аніж гербіциди попереднього покоління, на зміну яким вони приходять. Культури, виведені методами біоінженерії, також ведуть до ширшого застосування безвідвальної обробки ґрунту, що в кінцевому рахунку призводить до зменшення втрат родючості ґрунту.

Розвиток біотехнологій пропонує значні потенційні переваги для країн, що розвиваються, де понад мільярд жителів планети живуть в бідності та страждають від хронічного голоду.

Сьогодні створюються біотехнологічні продукти харчування, які зроблять дешевими та доступними для найбіднішої частини населення планети життєво необхідні вітаміни та вакцини.

Крім того, генетична інженерія може використовуватися для виробництва продуктів харчування з підвищеним рівнем вітаміну а, що допоможе розв’язати проблему сліпоти у країнах, що розвиваються. Генетична інженерія також пропонує інші переваги для здоров’я, адже сьогодні створено методи, які дозволяють видаляти певні алергенні протеїни з продуктів харчування або уникати їх передчасного псування. Наявна на сьогодні інформація свідчить про те, що продукти біотехнологій, які на сьогодні комерціалізовані, такі ж безпечні для людини та для довкілля, як і традиційні продукти харчування. Регулюючі органи в сполучених штатів америки постійно вдосконалюють свої процедури щодо гарантування безпеки біотехнологічних продуктів, і якби були наукові докази того, що біотехнологічні продукти складають загрозу для здоров’я людини, то на сьогодні таких продуктів не було б на ринках сша. Блокування торгівлі цілком безпечними сільськогосподарськими продуктами зменшує можливість вибору для споживача, змушує його сплачувати вищу ціну за основні продукти та затримує подальші наукові дослідження, спрямовані на розробку біотехнологічних продуктів, що мають нові переваги.

Сполучені штати америки вірять у важливість та необхідність реагування на побоювання певної частини суспільства щодо біотехнологій та закликають усі країни до надання точної та повної інформації щодо безпеки цих продуктів. А дорогі хімічні препарати є недоступними у багатьох частинах світу, а саме у африки, де, наприклад, є певний вірус, який часто знищує дві третини врожаю батату.

Ці переваги дозволяють фермерам обробляти додаткові площі, або збільшувати врожай на одиницю площі і, як наслідок, дозволяє їм збільшити законсервовані площі. Використовуючи біотехнологію, дослідники сьогодні працюють, щоб захистити люцерну, диню мускусну, кукурудзу, огірки, виноград, картоплю, сою, гарбузи і томати від вірусних хвороб, а також перець та томати від грибкових захворювань. Наприклад, за допомогою селекції рослин, що були найбільшими, найсильнішими, найменш схильними до хвороб, фермери та селекціонери створювали поліпшені гібриди.

Вони про це не здогадувались, але те було практикою елементарних форм генної інженерії — основоположного процесу, який використовується у біотехнології. Закони, на яких базується перенесення генетичних рис, були загадкою ще 150 років тому, коли грегор мендель вперше почав вивчати спадковість культурних рослин. Досліджуючи ретельно підготовлені експерименти та математичні обрахунки, мендель прийшов до висновку, що певні невидимі частинки зберігають спадкові риси, та що ці риси переходять з покоління у покоління. Вчений світ виявив неспроможним усвідомити дивовижність мендельського відкриття ще деякий час після смерті великого вченого, але його праці лягли в основу біотехнології. Завдяки з опису структури днк джеймсом вотсоном і френсісом кріком, вчені прийшли до висновку, як генетична інформація зберігається у живих клітинах, як ця інформація залишає відбиток і як вона передається з покоління до покоління. Двадцятого сторіччя вчені вже спробували (і дуже вдало) переміщати частинки генетичної інформації, які отримали назву гени, від одного організму до іншого. Вона надає дослідникам можливість покращувати якісні та кількісні показники сільськогосподарських культур, які захищені природним шляхом від хвороб та комах. У медицині біотехнологічні прийоми і методи грають головну роль при створенні нових біологічно активних речовин і лікарських препаратів, призначених для ранньої діагностики і лікування різноманітних захворювань. Створено геноінженерні штами кишкової палички, дріжджів, що культивуються клітин ссавців та комах, використовувані для одержання ростового гормону, інсуліну й інтерферону людини, різноманітних ферментів і противірусних вакцин. Внесок біотехнології в сільськогосподарське виробництво полягає в полегшенні традиційних методів селекції рослин і тварин і розробці нових технологій, що дозволяють підвищити ефективність сільського господарства. У багатьох країнах методами генетичної і клітинної інженерії створені високопродуктивні і стійкі до шкідників, хворобам, гербіцидам сорту сільськогосподарських рослин. Як одна з найважливіших проблем біотехнології у усьому світі широко досліджується можливість керування процесом азотфіксації, у тому числі можливість уведення генів азотфіксації в геном корисних рослин, а також процесом фотосинтезу.

Геноінженерні вакцини, сироватки, моноклональні антитіла використовують для профілактики, діагностики і терапії основних хвороб сільськогосподарських тварин. У створенні більш ефективних технологій племінної справи застосовують геноінженерний гормон росту, а також техніку трансплантації і мікроманіпуляцій на ембріонах домашніх тварин. Спіріним у 1985 - 88 розроблені принципи безклітинного синтезу білка, коли замість клітин застосовуються спеціальні біореактори, що містять необхідний набір очищених клітинних компонентів. Такі біотехнологічні методи переробки сільськогосподарських, промислових і побутових відходів, очищення і використання стічних вод для одержання біогазу і добрив. У ряді країн за допомогою мікроорганізмів одержують етиловий спирт, що використовують як пальне для автомобілів (у бразилії, де паливний спирт широко застосовується, його одержують із цукрового очерету й інших рослин). На спроможності різноманітних бактерій перекладати метали в розчинні сполуки або накопичувати їх у собі заснований витяг багатьох металів із бідних руд або стічних вод. Протягом століть фермери, пекарі та пивовари використовували традиційні технології для зміни та модифікації рослин та продуктів харчування — пшениця може слугувати давнім прикладом, а нектарин — одним з останніх прикладів цього. Окрім того, гербіциди, які застосовуються в поєднанні з генетично модифікованими рослинами, часто є більш безпечними для довкілля, аніж гербіциди попереднього покоління, на зміну яким вони приходять. Водночас необхідно враховувати, що неконтрольоване поширення геноінженерних живих організмів і продуктів може порушити біологічний баланс у природі і являти загрозу здоров ю людини.

Уже у самому визначенні предмета відображено його місцерозташування як прикордонного, завдяки чому результати фундаментальних досліджень у сфері біологічних, хімічних і технічних дисциплін набувають прикладного значення. Ще з біблейських часів було відоме виноробство, випікання хліба, а дещо пізніше - одержання кисломолочних продуктів, квашеної капусти, медових алкогольних напоїв, силосування кормів тощо. Значний поштовх у розвитку біотехнології пов язаний з видатними дослідженнями великого французького вченого луї пастера (1822 - 1895) - основоположника наукової мікробіології. Він розкрив мікробну природу бродіння, довів можливість життя у безкисневих умовах, експериментально спростував уявлення про самовільне зародження живих істот, створив наукові основи вакцинопрофілактики і вакцинотерапії, запропонував метод стерилізації, названий його ім ям, - пастеризацією тощо. Починаючи з другої третини xx століття розпочалось впровадження крупномасштабного герметизованого обладнання, яке забезпечує проведення процесів у стерильних умовах. Особливо потужний поштовх у розвитку промислового біотехнологічного обладнання був відмічений у період становлення і розвитку виробництва антибіотиків (період другої світової війни 1939 - 1945 pp коли виникла гостра необхідність у протимікробних препаратах для лікування хворих з інфікованими ранами). З ясування механізмів функціонування і регуляції днк, виділення і вивчення специфічних ферментів привело до формування чіткого наукового підходу, до розробки біотехнологічних процесів на основі генно - інженерних робіт. У цей період були одержані суперпродуценти антибіотиків, ферментів, амінокислот, вітамінів; розроблені та впроваджені екологічно чисті безвідходні технології; розроблена і впроваджена у практику спеціальна апаратура; здійснена автоматизація і комп ютеризація біотехнологічних процесів тощо. Протягом останніх 10 - 15 років минулого століття проходив бурхливий розвиток біотехнології, визначались сфери пріоритетного впровадження конкретних результатів технологічних розробок. Біооб єкти характеризуються такими показниками, як рівень структурної організації, здатність до розмноження (або репродукції), наявність або відсутність власного метаболізму при культивуванні у належних умовах. В такому випадку біооб єкти можуть бути молекулами (ферменти, імуномодулятори, нуклеозиди, оліго - і поліпептиди тощо), організованими частинами (віруси, фаги), одноклітинним; (бактерії, дріжджі) і багатоклітинними особинами (нитчасті вищі гриби, рослинні тіканини, одношарові культури клітин ссавців), цілими організмами рослин і тварин. Таким чином, незалежно від систематичного положення біооб єкта на практиці використовують або природні організовані частинки (фаги, віруси) і клітини з природною генетичною інформацією, або клітини з штучно заданою генетичною інформацією, тобто у будь - якому випадку використовують клітини - чи то мікроорганізм, рослина, тварина або людина. До них належать усі прокаріоти - бактерії, актиноміцети, рикетсії, синьо - зелені водорості й частина еукаріот - дріжджі, нитчасті гриби, простіші й водорості. Об єкти рослинного і тваринного походження ще не знайшли широкого розповсюдження через їх високу вимогливість до умов культивування, що значно здорожчує виробництво. При використанні ферментів (в ізольованому або іммобілізованому стані) як біокаталізаторів нині ікає необхідність охорони їх від деструкції банальною сапрофітною мікрофлорою, яка може проникати у сферу біотехнологічного процесу ззовні внаслідок нестерильності системи, наприклад, через негерметичність обладнання. Активність і стабільність перебування біооб єктів в активному стані - найважливіші показники їх придатності для тривалого використання в біотехнології. Це крупномасштабне глибинне культивування біооб єктів у періодичному, напівбсзперервному або безперервному режимі та вирощування клітин рослинних і тваринних тканин в особливих умовах. Однак останні частіше вирощують у стаціонарних умовах на середовищі з ущільненою (наприклад, агаризованою) підкладкою у скляних або поліетиленових ємностях. Відмінністю методів, які використовуються у біотехнології, є те, що вони повинні виконуватись, як правило, в асептичних умовах (від грецького а - ні, septicos - гнилісний), тобто з уникнення можливості потрапляння у середовище, де культивується біооб єкт, патогенних і сапрофітних мікроорганізмів. Патогенні види становлять безпосередню небезпеку для задіяних у виробництві людей і для споживачів кінцевих продуктів; сапрофітні види можуть виступати конкурентами за поживні субстрати, антагоністами, продуцентами токсичних речовин, включаючи пірогени.

(біос – життя, технос – мистецтво, майстерність, логос – слово, вчення) хоча біотехнологічні принципи людина розробила уже давно – використання життєдіяльності мікроорганізмів для випікання хліба, виготовлення сиру та інших молочних продуктів, виноробства, пивоваріння. Взаємодія молекулярної біології, генетики, генної інженерії, біохімії і мікробіології, хімії і хімічної технології в області проблем біотехнології веде до створення нових біологічних агентів, вдосконалення керування біосинтезу тощо. Традиційна (куди входить технологічна мікробіологія, а також технічна, біохімічна та інженерна ензимологія); нова (куди входять генетична та клітинна інженерія). їх застосовують в медицині, наприклад, як замінник плазми крові – декстран, в харчовій, текстильній, парфумерній промисловості і для збільшення добутку нафти.

Розширюється можливість масового виробництва на застосуванні вірусних та бактеріальних препаратів для профілактики захворювань сільськогосподарських тварин. Цим порушуються нормальні мікробіологічні процеси в ґрунті, в тому числі симбіотичні і асоціативні, що часто призводить до зниження протистояння рослин шкідникам, хворобам, бур’янам. В ситуації, що склалась в сільському господарстві одним з виходів є заміна пестицидів на мікроорганізми (бактерії, актиноміцети, гриби), живі організми (хижаки і паразити шкідників і збуджувачів хвороб), або продукти їхньої життєдіяльності. В деяких країнах дозволено використовувати антибіотики медицинського призначення або синтезовані для захисту рослин в чистому вигляді або в суміші з фунгицидами.

Принципово вони не відрізняються від звичайних фунгицидів і бактеріоцидів хімічної природи, крім того що вони є продуктами життєдіяльності мікроорганізмів. Зважаючи на ці фактори, можна сказати, що застосування антибіотиків для захисту рослин від хвороб не має перспективи, якщо тільки не будуть знайдені високоспецифічні сполуки, які б вибірково знищували патогени, при цьому не завдаючи шкоди рослинам, тваринам і корисним мікроорганізмам. За останні 40 років дослідниками - мікробіологами зроблена величезна робота по виявленню антагоністів, вивченню їхньої біології, взаємовідносин з патогенами та іншими мікроорганізмами, відношенню до рослин і тварин. В результаті серед грибів, бактерій і більшості актиноміцетів виявлені антагоністи практично до всіх патогенних грибів, бактерій, актиноміцетів і навіть мікоплазма. Таким чином, створений арсенал для розвитку класичного методу біологічного захисту рослин, який передбачає використання живих організмів для контролю числа небажаних (в тому числі патогенних) організмів в агроценозі. Американські мікробіологи каліфорнійського університету в місті берклі звернули увагу на те, що в умовах каліфорнії більшість цитрусових пошкоджується слабкими заморозками (0 о с) за рахунок утворення кристаликів льоду в тканинах рослин. Зацікавившись цим явищем, група дослідників під керівництвом ліндов виявила, що за це явище відповідальні бактерії, що існують на листках і в тканинах рослин. Це бактерії pseudomonas syringae, які відносяться до великої групи бактерій, що викликають хвороби листків і пагонів рослин, і erwinia herbicola – бактерії кишечної групи, які викликають ураження коренів рослини.

Обидва види бактерій заселяють тканини цитрусових без помітних ознак їх пошкодження, але в той же час не можуть існувати за межами рослини і швидко гинуть в ґрунті, воді та інших можливих середовищах. При обробці молодих рослин кукурудзи, томатів або полуниці суспензією клітин бактерій pseudomonas syringae, що втратили здатність утворювати кристали льоду, рослини нормально заселяються бактеріями і не пошкоджуються заморозками.

Отже, можна захистити рослини, якщо замінити нормальну мікрофлору такою самою, але мутантною, яка втратила здатність до синтезу фактору утворення льоду.

Таким чином, для успішного захисту рослини цим способом необхідно зробити її хоча б частково стерильною або по крайній мірі зменшити кількість клітин дикого типу.

Цього можна добитись, наприклад, попереднім опрацюванням хімічними речовинами, або, як запропонували американські вчені, препаратом вірусів бактерій (бактеріофагів), до якого чутливі клітини дикого типу, але стійкі мутантні. Зараз в сша та в деяких інших країнах розроблені препарати для захисту рослин від заморозків і проводиться їх ретельна перевірка в контролюючих умовах на можливу патогенність до широкого кола господарів, токсичність і віддалені наслідки для людини і екологічну нешкідливість. Наприклад, з допомогою сучасних методів отримані бактерії псевдомонад, які володіють антагонізмом до ряду збуджувачів хвороб, які здатні заселяти листки рослин або корені і синтезувати токсини проти комах. інтенсивне вивчення взаємовідносин між мікро - та макро - організмами в біогеоценозах на всіх можливих рівнях (популяційному, організмовому, клітинному і молекулярному) дає право надіятись, що вже в найближчий час будуть встановлені нові закономірності, на основі яких будуть розроблені методи біологічного контролю складу агроценозів. Так, наприклад в кондитерській промисловості широко використовують лимонну кислоту, яку дістають в результаті життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів. Все ширше стає асортимент ферментів — протеази, нуклеази, амілази, глюкоамілази, каталази – які продукують мікроорганізми; деякі з них, наприклад, нуклеази, використовують в генній інженерії. Коріння біотехнології йдуть в далеке минуле і пов язані з хлібопеченням, виноробством та іншими способами приготування їжі, відомими людині ще в давнину.

Наприклад, такий біотехнологічний процес, як бродіння за участю мікроорганізмів, був відомий і широко застосовувався ще в стародавньому вавилоні, про що свідчить опис приготування пива, що дійшов до нас як записи на дощечці, виявленої в 1981 р. і якщо ще зовсім недавно для промислових цілей вирощували лише бактерії і гриби, то зараз з явилася можливість не тільки вирощувати будь - які клітки для виробництва біомаси, але і управляти їх розвитком, особливо у рослин. Таким чином, нові науково - технологічні підходи втілилися в розробку біотехнологічних методів, що дозволяють маніпулювати безпосередньо генами, створювати нові продукти, організми і змінювати властивості вже існуючих. В ссср в 30 - е годы были построены первые заводы по получению кормовых дрожжей на гидролизатах древесины, сельскохозяйственных отходах и сульфитных щелоках, под руководством в. Органічні кислоти, зокрема, лимонна, оцтова та ітаконова є одними з основ - них підкислювачів у харчовій промисловості, їх частка становить близько 95% обсягу з всіх вироблених підкислювачів. Биотехнология — это наука о методах и технологиях производства различных ценных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов (микроорганизмов, растительных и животных клеток), частей клеток (клеточных мембран, рибосом, митохондрий, хлоропластов) и процессов(биотехнология…, 2008). є цінні розробки з отриманню нових джерел енергії біотехнологічним шляхом (технологічна биоэнерге тику), відзначимо велике значення біогазу - замінника палива, одержуваного у надрах землі. В фундаментальні дослідження у сфері біохімії, біо органічної хімії та молекулярної біології, створили предпо сылки керувати елементарними механізмами жизнедея тельности клітини, що було потужним імпульсом у розвиток біотехнології. З розвитком біотехнології пов язують вирішення глобальних проблем людства — ліквідацію нестачі продовольства, енергії, мінеральних ресурсів, поліпшення стану охорони здоров я і якості навколишнього середовища. Так, наприклад, молочна кислота, яка широко застосовується в народному господарстві, і має дуже важливе значення для медицини певною мірою летка, але її зав - жди відносять до фракції нелетких кислот. Сучасні біотехнологічні процеси базуються на методах рекомбінантних днк, а також на використанні іммобілізованих ферментів, клітин та клітинних органел. Основні напрямки виникла на стику хімії нуклеїнових кислот і генетики мікроорганізмів, генна інженерія займається розшифровкою структури генів, їх синтезом і клонуванням, вставкою виділених з клітин живих організмів або знову синтезованих генів у клітини рослин і тварин з метою спрямованої зміни їх спадкових властивостей. (біос – життя, технос – мистецтво, майстерність, логос – слово, вчення) хоча біотехнологічні принципи людина розробила уже давно – використання життєдіяльності мікроорганізмів для випікання хліба, виготовлення сиру та інших молочних продуктів, виноробства, пивоварення. Цим порушуються нормальні мікробіологічні процеси в грунті, в тому числі симбіотичні і асоціативні, що часто призводить до зниження супротивлення рослин шкідникам, хворобам, бур’янам. Використання генетичної інженерії у різних галузях промисловості, сільського господарства та медицини (застосування для одержання багатьох цінних сполук - ферментів, гормонів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків). С розвитком біотехнології пов язують вирішення глобальних проблем людства - ліквідацію недостачі продовольства, енергії, мінеральних ресурсів, поліпшення стану охорони здоров я і якості навколишнього середовища. Культури, виведені методами біоінженерії, також ведуть до ширшого застосування безвідвальної обробки грунту, що в кінцевому рахунку призводить до зменшення втрат родючості грунту.

Крім того, генетична інженерія може використовуватися для виробництва продуктів харчування з підвищеним рівнем вітаміну а, що допоможе розв язати проблему сліпоти у країнах, що розвиваються. Генетична інженерія також пропонує інші переваги для здоров я, адже сьогодні створено методи, які дозволяють видаляти певні алергенні протеїни з продуктів харчування або уникати їх передчасного псування. Регулюючі органи в сполучених штатів америки постійно вдосконалюють свої процедури щодо гарантування безпеки біотехнологічних продуктів, і якби були наукові докази того, що біотехнологічні продукти складають загрозу для здоров я людини, то на сьогодні таких продуктів не було б на ринках сша. Ці переваги дозволяють фермерам обробяти додаткові площі, або збільшувати врожай на одиницю площі і, як наслідок, дозволяє їм збільшити законсервовані площі.