สมัครรับโปรโมชั่นและโบนัส วัตถุชีวภาพที่ใช้ในการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพและวิธีการปรับปรุง การสร้างวัตถุทางชีวภาพใหม่โดยใช้วิธีพันธุวิศวกรรม
ผลกระทบจากมนุษย์ต่อชีวมณฑลเป็นส่วนสำคัญต่อการพัฒนาอารยธรรม การไถที่ดิน การตัดไม้ทำลายป่า และ “การเหยียบย่ำ” ที่ราบสเตปป์ มาพร้อมกับประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติอยู่เสมอ เป็นการเหมาะสมที่จะระลึกถึงการทำลายสัตว์และพืชบางสายพันธุ์ และการตั้งถิ่นฐานของสัตว์และพืชบางสายพันธุ์จากแหล่งที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติ
เนื่องจากความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะของปัญหาอิทธิพลของอุตสาหกรรมที่มีต่อชีวมณฑล ให้เราพิจารณาว่าการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพมีลักษณะอย่างไรในเรื่องนี้ ประการแรกเป็นความรู้ที่เข้มข้นและเมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตเทคโนโลยีเคมีแล้วจะมีประสิทธิภาพมากกว่าเนื่องจากเซลล์ของผู้ผลิต (วัตถุทางชีวภาพ) แสดงถึง "ความซับซ้อนที่สมดุลของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ" ซึ่งทำงานได้มีประสิทธิผลมากกว่าระบบตามลำดับ ปฏิกิริยาเคมีด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์
การใช้พลังงานและน้ำของอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพเป็นเพียงเศษเสี้ยวของปริมาณการใช้พลังงานของอุตสาหกรรมเคมีสมัยใหม่ การปล่อยของเสียที่เป็นก๊าซจากสถานประกอบการอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพสู่ชั้นบรรยากาศจะต้องไม่เกินหนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากอุตสาหกรรมโดยรวม เป็นการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพที่เป็นที่ยอมรับมากที่สุดค่ะ สภาพที่ทันสมัยอย่างไรก็ตาม มันก็มีความเฉพาะเจาะจงเช่นกัน ปัญหาสิ่งแวดล้อมและกำลังได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นดังนี้
การสร้างและการใช้วัตถุที่ผลิตทางชีวภาพที่ใช้งานได้มากขึ้น (ผลที่ตามมาคือจะมีของเสียน้อยลงต่อหน่วยการผลิต!);
การเปลี่ยนตัวกลางและรีเอเจนต์ด้วยตัวกลางที่หายากน้อยกว่า
การตรึงวัตถุทางชีวภาพ (ทั้งเซลล์และเอนไซม์) การใช้ซ้ำเพื่อลดของเสีย
การแนะนำเทคโนโลยีเมมเบรนในขั้นตอนการแยกและการทำให้บริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์เป้าหมาย (การลดปริมาณตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้เพื่อหลีกเลี่ยงสภาวะที่รุนแรงในบางขั้นตอนของกระบวนการผลิต)
การปฏิบัติตามกฎ GMP
ให้เราพิจารณาปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการกำจัด (การกำจัด) หรือการทำให้ของเสียจากการผลิตให้บริสุทธิ์จากองค์กรเทคโนโลยีชีวภาพแบบดั้งเดิมโดยย่อ
ขยะมูลฝอยประการแรก สิ่งเหล่านี้รวมถึงไมซีเลียม (ชีวมวล) ของผู้ผลิตหลังจากแยกออกจากของเหลวสำหรับการเพาะเลี้ยงและผลิตภัณฑ์เป้าหมาย คุณสามารถเห็นภาพปริมาณไมซีเลียมที่คุณต้องจัดการโดยพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าปริมาตรท่อระบายน้ำของถังหมักอุตสาหกรรมอยู่ที่ 50-100 ลูกบาศก์เมตรของของเหลวที่มีความหนืดและมีความหนา (เนื่องจากมีไมซีเลียม) เมื่อพิจารณาว่าองค์กรมีถังหมักจำนวนมาก และรอบการหมักใช้เวลาประมาณหนึ่งสัปดาห์ เราสามารถสรุปได้ว่าขยะมูลฝอยประเภทนี้ในองค์กรหนึ่ง (ขนาดใหญ่) มีจำนวนหลายร้อยตันต่อปี มีความจำเป็นต้องคำนึงว่าไมซีเลียมยังมีปริมาณตกค้างของผลิตภัณฑ์เป้าหมายและตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้เป็นสารออกฤทธิ์สูงทางชีวภาพ
ปัจจุบันขยะมูลฝอยถูกกำจัดโดยการแปรรูปไมซีเลียม ผสมกับดินแล้ววางลงในหลุมที่มีฐานคอนกรีต แต่ละหลุมดังกล่าวจะถูกปิดทิ้งไว้
เป็นเวลาหลายปี ในช่วงเวลานี้ จุลินทรีย์ในดินจะทำให้สารอินทรีย์ของไมซีเลียมสลายตัวด้วยเอนไซม์ และใช้พวกมันเพื่อสร้างชีวมวล "ของพวกมัน" ในความเป็นจริงมีการสร้างปุ๋ยหมักส่วนอินทรีย์ของไมซีเลียมจะสลายตัว จำเป็นต้องมีฐานคอนกรีตใน "หลุมปุ๋ยหมัก" ประเภทนี้เพื่อป้องกันไม่ให้ปุ๋ยที่ละลายน้ำได้ยังไม่สลายตัวเข้าไป สารอินทรีย์ไมซีเลียมลงสู่แหล่งกักเก็บน้ำใต้ดินและน้ำฝน โดยปกติแล้วจะมีการจัดสรรพื้นที่พิเศษสำหรับหลุมปุ๋ยหมักในอาณาเขตขององค์กร โปรดทราบว่าห้ามนำไมซีเลียมแห้งออก (มวลของมันลดลง 10-100 เท่าเมื่อเทียบกับของเดิม) ไปยังสถานที่ฝังกลบทั่วเมือง
ความพยายามในการใช้ไมซีเลียมเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ยังไม่ประสบผลสำเร็จ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีขยะต่ำได้ถูกสร้างขึ้นแล้วในสภาพห้องปฏิบัติการ ส่วนของไขมันทั้งหมดถูกสกัดจากไมซีเลียมของแอคติโนไมซีตที่ผลิตเตตราไซคลิน และใช้เป็นสารป้องกันฟองในวงจรการผลิตถัดไปสำหรับการผลิตเตตราไซคลินที่ผลิตโดยผู้ผลิตที่อยู่ในสายพันธุ์เดียวกัน ในบางกรณี (เมื่อทุ่งหญ้ามีจำนวนจำกัด) ชีวมวลที่ผ่านการฆ่าเชื้อและบดของจุลินทรีย์บางชนิดจะถูกนำมาใช้เป็นสารเติมแต่งในอาหารสัตว์ในฟาร์ม ไมซีเลียมของเชื้อราและแอคติโนไมซีต (ของเสียจากการผลิตยาปฏิชีวนะ) ช่วยปรับปรุงคุณภาพบางชนิด วัสดุก่อสร้าง(แผ่นดินเหนียวขยาย อิฐ ฯลฯ) เพิ่มความแข็งแรง แต่ด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจ การผลิตวัสดุเหล่านี้จึงไม่เหมาะสม
ของเสียที่เป็นของเหลว ในในกรณีของการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพ ของเสียที่เป็นของเหลวคือน้ำเสียและของเหลวของเสีย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นของเหลวในการเพาะเลี้ยงหลังจากที่แยกไมซีเลียมออกจากมันและสกัดผลิตภัณฑ์เป้าหมายแล้ว ปริมาณของเหลวเพาะเลี้ยงต่อปีทั้งหมดที่ต้องทำให้บริสุทธิ์คือหลายหมื่นลูกบาศก์เมตรสำหรับหนึ่งองค์กร ระดับการทำให้บริสุทธิ์ซึ่งควบคุมโดยวิธีการต่างๆ จะต้องอยู่ในระดับที่ทำให้ของเหลวบริสุทธิ์สามารถระบายออกสู่แหล่งกักเก็บแบบเปิดได้
มีรูปแบบการทำความสะอาดที่แตกต่างกัน ในเกือบทั้งหมด จุลินทรีย์มีบทบาทสำคัญ (การบำบัดทางชีวภาพ) ให้เรานำเสนอหนึ่งในแผนการดังกล่าว องค์ประกอบแรกของระบบการทำให้บริสุทธิ์คือบ่อคอนกรีตเสริมเหล็กซึ่งของเหลวเพาะเลี้ยงของเสียจะเข้าไป ที่ด้านล่างของบ่อจะมีท่อสำหรับดูดตะกอนออก ในขั้นตอนนี้ สารปนเปื้อนประมาณ 40% จะถูกกำจัดออกจากของเหลวในการเพาะเลี้ยง
ส่วนถัดไปของระบบทำความสะอาดประกอบด้วยถังเติมอากาศหนึ่งถังหรือหลายถังซึ่งวางเรียงกัน - ถังที่มีท่อวิ่งไปตามด้านล่างซึ่งอากาศจะออกมาในรูปของฟองอากาศผ่านความหนาทั้งหมดของของเหลวในฐานะ ส่งผลให้ออกซิเจนอิ่มตัว อากาศส่งเสริมกระบวนการออกซิเดชั่นที่รุนแรง คุณสมบัติที่สำคัญของถังเติมอากาศคือการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่า "ตะกอนเร่ง" (biocenosis เทียม - ชุมชนของจุลินทรีย์ที่ออกซิไดซ์สารอินทรีย์ที่ละลายในของเหลวเป็น CO 2 และ H 2 O) ซึ่งค่อยๆ ก่อตัวขึ้น ในระหว่างการดำเนินงานขององค์กร
องค์ประกอบชนิดของ biocenosis ของตะกอนเร่งในสถานประกอบการต่างๆ อาจแตกต่างกันเล็กน้อย เนื่องจากส่วนหลังขึ้นอยู่กับสารตั้งต้นที่สามารถออกซิไดซ์ได้ ตามกฎแล้วตัวแทนของสกุล Pseudomonas (70%) จะถูกครอบงำ ถัดมาเป็นจุลินทรีย์จัดอยู่ในสกุล Bacterium (20%) ส่วนที่เหลืออีก 10% เป็นตัวแทนของสกุล Bacillus, Sarcina และจุลินทรีย์อื่น ๆ เมื่อจำแนกลักษณะของตะกอนเร่งเป็น biocenosis หรือเป็นชุมชนที่มีความจำเพาะต่อสิ่งมีชีวิตเหนือสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับการบำบัดของเหลวเสียจากการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพ ควรสังเกตสถานการณ์ที่สำคัญสามประการ
ประการแรก สายพันธุ์ของสกุล Pseudomonas มีบทบาทพื้นฐานที่นี่ อย่างไรก็ตาม ไม่ควรลดสกุลนี้ให้เหลือเพียงสายพันธุ์ Pseudomonas acruginosa ซึ่งเป็นสาเหตุของการติดเชื้อที่บาดแผลที่เป็นอันตรายเท่านั้น ใน สภาพธรรมชาติสกุล Pseudomonas มีหลายชนิดที่ไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ เป็นสายพันธุ์ที่ไม่ก่อให้เกิดโรคซึ่งรวมอยู่ในตะกอนเร่ง จุลินทรีย์เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะด้วยเอนไซม์ออกซิเดชั่นหลากหลายชนิด การเตรียมการที่ประกอบด้วยเซลล์ Pseudomonas ใช้ในการทำความสะอาดมลพิษที่เกิดจากการรั่วไหลของน้ำมัน หากพูดโดยนัยแล้ว สารตั้งต้นที่แปลกใหม่ เช่น ไฮโดรคาร์บอนที่มีวงแหวน ก็อาจเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้เช่นกัน นอกจากนี้ เปลือกของสายพันธุ์ saprophytic Pseudomonas ที่รวมอยู่ในตะกอนเร่งมีลักษณะเฉพาะของตัวเองที่ระดับช่องรูริน ซึ่งเอื้อต่อการเข้าถึงสารตั้งต้นไปยังเอนไซม์ออกซิเดชัน
ประการที่สองการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นบางส่วนเป็น CO 2 และ H 2 O เกิดขึ้นเนื่องจากการกระทำตามลำดับของเอนไซม์ของจุลินทรีย์ต่าง ๆ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระบบเอนไซม์หนึ่งจะแปลงสารประกอบเฉพาะให้เป็นตัวกลาง และอีกระบบหนึ่งจะเร่งการย่อยสลายของตัวกลางเหล่านี้เพิ่มเติม สิ่งนี้เน้นย้ำว่าตะกอนเร่งทำหน้าที่เป็นจุลินทรีย์ที่ซับซ้อน
ประการที่สาม ควรคำนึงว่าน้ำเสียจากบางอุตสาหกรรม (โดยเฉพาะสถานประกอบการอุตสาหกรรมยาปฏิชีวนะ) อาจมีสารต้านจุลชีพตกค้างอยู่ ซึ่งหมายความว่าจุลินทรีย์ในถังเติมอากาศจะสัมผัสกับจุลินทรีย์เหล่านี้อยู่ตลอดเวลา เช่น มีการสร้างเงื่อนไขสำหรับการเลือกรูปแบบการต้านทาน แต่เป็นไปได้ว่าความเข้มข้นของสารต้านจุลชีพในของเสียที่เป็นของเหลวที่กำลังบำบัดอาจสูงผิดปกติและทำให้เซลล์ตะกอนเร่งตาย
สิ่งนี้ต้องมีการตรวจสอบสภาพของตะกอนเร่ง หลังจากส่วนที่มีถังเติมอากาศหรือถังเติมอากาศหลายถังและถังตกตะกอนที่อยู่ติดกันหลายถัง “หน่วยบำบัดระดับตติยภูมิ” มีความสำคัญขั้นพื้นฐานสำหรับระบบของเสียที่เป็นของเหลว ในนั้นของเหลวทางวัฒนธรรมซึ่งมีสารอินทรีย์เหลืออยู่ประมาณ 10% ของปริมาณดั้งเดิม (ตามกฎแล้วสารเหล่านี้ออกซิไดซ์ได้ยาก) จะถูกส่งผ่านตัวกรองชีวภาพ - ฟิล์มที่มีเซลล์จุลินทรีย์ที่ถูกตรึงซึ่งมีฤทธิ์ออกซิเดชั่นสูงสุด บ่อยครั้งที่เซลล์เหล่านี้อยู่ในสายพันธุ์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมซึ่งมีพลาสมิดที่มียีนสำหรับเอนไซม์ออกซิเดชั่น (เอนไซม์ทำลาย) “สายพันธุ์ตัวทำลาย” ที่ได้รับโดยเจตนาดังกล่าวสามารถออกซิไดซ์สารที่ออกซิไดซ์ได้ยาก และทำลายสิ่งปนเปื้อนที่เหลืออีก 10% ในของเหลวที่กำลังทำให้บริสุทธิ์
การตรึงเซลล์ของสายพันธุ์ดังกล่าวในแผ่นชีวะนั้นมีเหตุผลเนื่องจากความจริงที่ว่าด้วยการสืบพันธุ์ของเซลล์เหล่านี้อย่างอิสระ กิจกรรมออกซิเดชั่นที่เพิ่มขึ้นอย่างเทียมอาจหายไปได้เนื่องจากการกลายพันธุ์แบบย้อนกลับหรือการสูญเสียพลาสมิด ในกรณีนี้ พันธุวิศวกรรมและเอนไซม์วิทยาทางวิศวกรรมจะ "รวมกัน" ไว้ใน "หน่วยบำบัดระดับตติยภูมิ" ของเหลวที่ผ่าน "หน่วยบำบัดระดับตติยภูมิ" และตรงตามเกณฑ์น้ำดื่มอย่างเป็นทางการ (หนึ่งในวิธีการควบคุมความเป็นพิษที่ยอมรับในกรณีนี้คือการระงับการมีชีวิตของกล้องจุลทรรศน์
สัตว์จำพวกครัสเตเชียน Daphnia magna) จะถูกคลอรีนแล้วจึงเข้าสู่แหล่งน้ำเปิด
เกี่ยวกับการทำงานของระบบบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพในรูปแบบต่างๆ ควรสังเกตว่าที่โหลดสูงสุด ("ช็อก") ปัญหาต่างๆ อาจเกิดขึ้นได้ ในระหว่างช่วงเวลาการทำงานดังกล่าว สายพันธุ์ตัวทำลายที่มีฤทธิ์สูง ("ตัวเริ่มต้นของแบคทีเรีย") จะถูกนำเข้าไปในถังเติมอากาศ ซึ่งสามารถเพิ่มปริมาณงานของระบบบำบัดของเสียที่เป็นของเหลวได้อย่างมาก เพื่อจุดประสงค์นี้ แนะนำให้เตรียมการพิเศษสำหรับองค์กรเทคโนโลยีชีวภาพในรูปแบบต่างๆ: "ฟีโนแบค" - สำหรับการใช้ไฮโดรคาร์บอน, "เทอร์โมแบค" - สำหรับการเกิดออกซิเดชันของโพลีแซ็กคาไรด์, "โพลิแบค" - สำหรับการปล่อยผงซักฟอกสังเคราะห์ ฯลฯ ปริมาณโดยประมาณ ของ “ตัวเริ่มต้นของแบคทีเรีย” จากเซลล์ที่มีชีวิตคือประมาณ 100 มก. ต่อของเหลวเสีย 1 ลบ.ม.
โดยสรุป เราสังเกตเห็นรูปแบบต่างๆ ที่เป็นไปได้สำหรับการกำจัดของเสียที่เป็นของเหลวทางชีวภาพ ดังนั้น นอกเหนือจากการบำบัดแบบใช้ออกซิเจนแล้ว โครงการอาจรวมถึง: ระยะการบำบัดแบบไม่ใช้ออกซิเจน ระยะที่ใช้ตัวดูดซับ (ถ่านกัมมันต์ ซีโอไลต์ ฯลฯ) ระยะที่ใช้ วิธีเคมีไฟฟ้า(เช่น ไฟฟ้าแข็งตัว)
ของเสียที่เป็นก๊าซการปล่อยก๊าซจะถูกทำให้บริสุทธิ์จากสารประกอบอินทรีย์ที่อุณหภูมิ 300 ถึง 1,000 °C ในคอลัมน์ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์ ในกรณีนี้ “อินทรียวัตถุ” ที่ระเหยง่ายจะกลายเป็น CO 2 ในบางกรณี ตัวกรองทางชีวภาพจะใช้โดยอาศัยจุลินทรีย์ที่ทำปฏิกิริยาออกซิไดซ์สารอินทรีย์ให้เป็น CO 2
ผู้ผลิตขั้นสุดยอดถือเป็นเป้าหมายของการใช้ทางอุตสาหกรรม ได้มาได้อย่างไร และควรมีคุณสมบัติอะไรบ้างที่แตกต่างจากสายพันธุ์ตามธรรมชาติ?
การปรับปรุงวัตถุทางชีวภาพให้เป็นแหล่งยาประกอบด้วยหลายด้าน กำหนดทิศทางเหล่านี้ให้สอดคล้องกับวัตถุประสงค์เป้าหมาย
วัตถุทางชีววิทยาสมัยใหม่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพคือสิ่งมีชีวิตที่มีผู้ผลิตขั้นสูงสุดทางชีวภาพ ซึ่งแตกต่างจากสายพันธุ์ตามธรรมชาติดั้งเดิมหลายประการ
1) ไม่เป็นอันตรายต่อผู้บริโภคและพนักงานบริการ
2) ความสม่ำเสมอทางพันธุกรรมและความเสถียรที่เกี่ยวข้องกับสารตั้งต้นและสภาพการเพาะปลูก
3) ผลผลิตสูงของผลิตภัณฑ์เป้าหมาย
4) ความสามารถในการเจริญเติบโตบนอาหารเลี้ยงเชื้อที่ค่อนข้างถูก
5) คุณสมบัติทางรีโอโลยีที่ดีของชีวมวล ทำให้มั่นใจได้ว่าการแยกผลิตภัณฑ์ค่อนข้างง่าย
6) ความต้านทานต่อฟาจ
7) ตัวชี้วัดด้านสิ่งแวดล้อมที่ดีของกระบวนการ (การสร้างสปอร์ต่ำ กลิ่น ฯลฯ)
8) การไม่มีสารพิษในผลิตภัณฑ์เป้าหมายและน้ำเสียอุตสาหกรรม
การปรับปรุงวัตถุทางชีวภาพโดยใช้วิธีการกลายพันธุ์และคัดเลือก
ในระดับชีวเคมี การกลายพันธุ์คือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหลักของ DNA ของสิ่งมีชีวิต และผลที่ตามมาคือการเปลี่ยนแปลงฟีโนไทป์ของวัตถุทางชีววิทยา การเปลี่ยนแปลงในวัตถุทางชีวภาพที่เป็นประโยชน์ต่อการใช้ในการผลิต (การกลายพันธุ์) จะต้องได้รับการถ่ายทอดทางพันธุกรรม
เป็นเวลานานมาแล้วที่แนวคิดเรื่องการกลายพันธุ์มีสาเหตุมาจากโครโมโซมในโปรคาริโอตและโครโมโซม (นิวเคลียส) ในยูคาริโอตเท่านั้น ปัจจุบันนอกเหนือจากการกลายพันธุ์ของโครโมโซมแล้วแนวคิดของการกลายพันธุ์ของไซโตพลาสซึมก็ปรากฏขึ้นเช่นกัน (พลาสมิด - ในโปรคาริโอต, ไมโตคอนเดรียและพลาสมิด - ในยูคาริโอต)
การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองมักเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก การปรับปรุงวัตถุทางชีววิทยาด้วยการกลายพันธุ์และการคัดเลือกในภายหลังกลับกลายเป็นว่ามีประสิทธิภาพมากขึ้น
การกลายพันธุ์จะเกิดขึ้นเมื่อวัตถุทางชีวภาพได้รับการบำบัดด้วยสารก่อกลายพันธุ์ทางกายภาพหรือทางเคมี ในกรณีแรกก็คือ อัลตราไวโอเลต, แกมมา, รังสีเอกซ์- ในครั้งที่สอง - nitrosomethylurea, nitrosoguanidine, สีย้อม acridine, ยาปฏิชีวนะที่ทำปฏิกิริยากับ DNA โดยเฉพาะ (มักไม่ได้ใช้ในการบำบัด)
กลไกการออกฤทธิ์ของสารก่อกลายพันธุ์ทั้งทางกายภาพและเคมีสัมพันธ์กับผลโดยตรงต่อ DNA (โดยหลักแล้วอยู่ที่ฐานไนโตรเจนของ DNA ซึ่งแสดงออกในการเชื่อมโยงข้าม การลดขนาด อัลคิเลชันของสิ่งหลัง การอินเทอร์คาเลชันระหว่างพวกมัน) ความเสียหายจะต้องไม่ร้ายแรง ภารกิจต่อไปคือการเลือก (เพาะพันธุ์) การกลายพันธุ์ที่นักเทคโนโลยีชีวภาพต้องการ งานส่วนนี้โดยรวมต้องใช้แรงงานมาก
ก่อนอื่น นักเทคโนโลยีชีวภาพสนใจพืชกลายพันธุ์ที่มีความสามารถเพิ่มขึ้นในการสร้างผลิตภัณฑ์เป้าหมาย ผู้ผลิตสารเป้าหมายซึ่งมีแนวโน้มมากที่สุดในทางปฏิบัติสามารถบำบัดซ้ำๆ ด้วยสารก่อกลายพันธุ์ที่แตกต่างกันได้ สายพันธุ์กลายพันธุ์ใหม่ที่ได้รับในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ทั่วโลกทำหน้าที่เป็นหัวข้อของการแลกเปลี่ยนสำหรับการทำงานร่วมกันอย่างสร้างสรรค์ การขายที่ได้รับใบอนุญาต ฯลฯ
ตัวอย่างหนึ่งของประสิทธิผลของการกลายพันธุ์ด้วยการคัดเลือกในภายหลังโดยเพิ่มการก่อตัวของผลิตภัณฑ์เป้าหมายคือประวัติความเป็นมาของการสร้างผู้ผลิตซุปเปอร์เพนิซิลลินสมัยใหม่ การทำงานกับวัตถุทางชีววิทยาเริ่มแรก - สายพันธุ์ของเชื้อรา Penicillium chrysogenum ที่แยกได้จากแหล่งธรรมชาติ - ได้ดำเนินการมาตั้งแต่ปี 1940 เป็นเวลาหลายทศวรรษในห้องปฏิบัติการหลายแห่ง ในขั้นต้น การคัดเลือกได้ดำเนินการอันเป็นผลมาจากการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเอง จากนั้นพวกเขาก็เดินหน้าไปสู่การกระตุ้นให้เกิดการกลายพันธุ์ด้วยสารก่อกลายพันธุ์ทางกายภาพและทางเคมี ปัจจุบันกิจกรรมของสายพันธุ์นี้สูงกว่าสายพันธุ์ดั้งเดิมที่ค้นพบโดย A. Fleming ถึง 100,000 เท่าซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของประวัติศาสตร์การค้นพบเพนิซิลิน
สายพันธุ์การผลิตมีความไม่เสถียรอย่างยิ่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงจีโนมของเซลล์ของสายพันธุ์ที่ประดิษฐ์ขึ้นจำนวนมากนั้นไม่ได้ส่งผลเชิงบวกต่อการมีชีวิตของเซลล์เหล่านี้ ดังนั้นสายพันธุ์กลายพันธุ์จึงต้องมีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องระหว่างการเก็บรักษา
การปรับปรุงวัตถุทางชีวภาพไม่ได้จำกัดอยู่ที่การเพิ่มผลผลิตเท่านั้น จากมุมมองทางเศรษฐกิจ สิ่งสำคัญมากคือต้องได้รับสายพันธุ์กลายที่สามารถใช้สารอาหารที่มีราคาถูกและหายากน้อยกว่าได้ คุ้มค่ามากในส่วนที่เกี่ยวเนื่องกับการรับประกันความน่าเชื่อถือของการผลิต ได้มาซึ่งวัตถุทางชีวภาพที่ต้านทานฟาจได้
ดังนั้นวัตถุทางชีววิทยาสมัยใหม่ที่ใช้ในการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพจึงเป็นผู้ผลิตชั้นยอดซึ่งแตกต่างจากสายพันธุ์ธรรมชาติดั้งเดิมที่ไม่ได้อยู่ในตัวเดียว แต่ตามกฎแล้วในตัวบ่งชี้หลายตัว
ในกรณีที่มีการใช้งาน พืชที่สูงขึ้นและสัตว์เป็นวัตถุทางชีวภาพสำหรับการผลิตยา ความเป็นไปได้ของการใช้การกลายพันธุ์และการคัดเลือกเพื่อปรับปรุงนั้นมีจำกัด
การปรับปรุงวัตถุทางชีวภาพโดยใช้วิธีทางวิศวกรรมเซลล์
วิศวกรรมเซลลูลาร์คือการแลกเปลี่ยนส่วนของโครโมโซมในโปรคาริโอตหรือส่วนต่างๆ แบบ "บังคับ" และแม้แต่โครโมโซมทั้งหมดในยูคาริโอต เป็นผลให้วัตถุทางชีวภาพที่ไม่ใช่ธรรมชาติถูกสร้างขึ้น โดยสามารถเลือกผู้ผลิตสารหรือสิ่งมีชีวิตใหม่ที่มีคุณสมบัติมีคุณค่าในทางปฏิบัติได้
ด้วยความช่วยเหลือของวิศวกรรมเซลล์ จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์แบบลูกผสมระหว่างจำเพาะและระหว่างยีนตลอดจนเซลล์ลูกผสมระหว่างสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่อยู่ห่างไกลจากวิวัฒนาการ การเพาะเลี้ยงเซลล์ดังกล่าวมีคุณสมบัติใหม่ ตัวอย่างคือการผลิตยาปฏิชีวนะ "ลูกผสม"
เป็นที่ทราบกันดีว่าในบรรดา actinomycetes นั้นมีพวกมันอยู่ด้วย ประเภทต่างๆผู้ผลิตยาปฏิชีวนะที่มีโครงสร้างไกลโคซิดิกซึ่งมีอะไกลโคนและน้ำตาลต่างกัน ดังนั้นยาปฏิชีวนะอีรีโธรมัยซินจึงมีแมโครไซคลิกอะไกลโคน 14 สมาชิกและน้ำตาล 2 ตัว (เดโซซามีนและคลาดิโนส) ติดอยู่กับมันด้วยพันธะไกลโคซิดิก และในยาปฏิชีวนะแอนทราไซคลิน อะไกลโคนประกอบด้วยวงแหวนคาร์บอนหกสมาชิกควบแน่นสี่วงที่เชื่อมต่อกับน้ำตาลอะมิโน
การใช้วิศวกรรมเซลล์ได้รับผู้ผลิตยาปฏิชีวนะดังกล่าวโดยที่ Macrolide aglycone ของ erythromycin มีความสัมพันธ์กับส่วนของคาร์โบไฮเดรตที่สอดคล้องกับ anthracyclines และในทางกลับกัน anthracycline aglycone ที่มีลักษณะของน้ำตาลของ erythromycin
การสร้างวัตถุชีวภาพโดยใช้วิธีพันธุวิศวกรรม
พันธุวิศวกรรมเป็นวิธีการผลิตดีเอ็นเอลูกผสมที่รวมลำดับของต้นกำเนิดที่แตกต่างกัน
ยีนที่เข้ารหัสโปรตีนของมนุษย์ถูกนำเข้าสู่จีโนมของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (E. coli, Corynebacterium, Saccharomyces cerevisiae ฯลฯ ) เป็นผลให้เซลล์จุลินทรีย์สังเคราะห์สารประกอบเฉพาะสำหรับมนุษย์ - ฮอร์โมนโปรตีนปัจจัยโปรตีนของภูมิคุ้มกันที่ไม่จำเพาะ ( อินซูลิน, โซมาโตโทรปิน, อินเตอร์เฟอรอน, ปัจจัยการแข็งตัวของเลือด, แลคโตเฟอร์รินฯลฯ)
ขั้นตอนหลักของพันธุวิศวกรรม
1) การได้รับ DNA (การสังเคราะห์ทางเคมีจาก mRNA, การประมวลผลเอนไซม์จำกัด DNA)
2) การทำให้เป็นเส้นตรงของเวกเตอร์สำหรับการโคลนด้วยเอนไซม์จำกัดเดียวกัน
3) การผสม DNA และเวกเตอร์ที่ตัด
4) การแปลงเวกเตอร์ของเซลล์โฮสต์ด้วยโมเลกุลที่เชื่อมโยงข้าม
5) การสืบพันธุ์ของเซลล์เจ้าบ้าน การขยายดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ในเซลล์ที่ถูกเปลี่ยนรูป
6) การได้รับผลิตภัณฑ์โปรตีน
ดังนั้นพันธุวิศวกรรมจึงทำให้สามารถสร้างสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพของมนุษย์ภายนอกร่างกายได้
โครงร่างการบรรยาย
1. แนวคิดเกี่ยวกับวัตถุทางชีววิทยา
2. การจำแนกประเภทของวัตถุทางชีวภาพในฐานะผู้ผลิตยารักษาโรคและยาวินิจฉัยและหน้าที่ของยาเหล่านั้น
3. โมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติ – ตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพทางอุตสาหกรรม
4. การปรับปรุงวัตถุทางชีวภาพโดยใช้การกลายพันธุ์และวิธีการคัดเลือก
5. การกลายพันธุ์
ก) แนวคิด
b) สารก่อกลายพันธุ์
ค) การจำแนกประเภท
6. ชุดรูปแบบต่างๆ
7. วิธีการคัดเลือก
8. การสังเคราะห์กลายพันธุ์
9. การปรับปรุงวัตถุทางชีวภาพโดยใช้วิธีทางวิศวกรรมเซลล์
ก) ขั้นตอนการทำงาน
b) โอกาส
องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพซึ่งกำหนดความจำเพาะของมันคือวัตถุทางชีววิทยา .
วัตถุทางชีววิทยาอาจเป็นสิ่งมีชีวิตที่ครบถ้วน มีชีวิต หลายเซลล์หรือเซลล์เดียว พวกเขาสามารถเป็นเซลล์ที่แยกได้ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เช่นเดียวกับไวรัสและคอมเพล็กซ์หลายเอนไซม์ที่แยกได้จากเซลล์ที่รวมอยู่ในกระบวนการเผาผลาญบางอย่าง ในที่สุดวัตถุทางชีววิทยาก็สามารถเป็นเอนไซม์ที่แยกได้แต่ละตัว
หน้าที่ของวัตถุทางชีววิทยาคือการสังเคราะห์ทางชีวภาพที่สมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์เป้าหมาย ซึ่งโดยปกติจะประกอบด้วยหลายขั้นตอน กล่าวคือ ปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่ต่อเนื่องกัน หรือใน เป็นทางเลือกสุดท้ายการเร่งปฏิกิริยาของปฏิกิริยาเอนไซม์เพียงตัวเดียวซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการได้รับผลิตภัณฑ์เป้าหมาย
วัตถุทางชีววิทยาที่ดำเนินการสังเคราะห์ทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์เป้าหมาย มักเรียกว่าผู้ผลิต ตรึงไว้ วัตถุทางชีววิทยาที่เป็นเอนไซม์แต่ละตัวหรือทำหน้าที่ของปฏิกิริยาของเอนไซม์ชนิดหนึ่งที่นักเทคโนโลยีชีวภาพใช้เรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพทางอุตสาหกรรม
ดังนั้นทั้งโมเลกุลขนาดใหญ่และจุลภาคและจุลชีพตั้งแต่ไวรัสสู่มนุษย์จึงสามารถจำแนกได้ว่าเป็นวัตถุทางชีววิทยา เอนไซม์ที่รู้จักทั้งหมดถูกใช้เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ในการผลิตทางอุตสาหกรรม แต่ส่วนใหญ่มักจะเป็นไฮโดรเลสและทรานสเฟอร์เรส
วัตถุทางชีววิทยาที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ จุลินทรีย์- ในฐานะวัตถุทางชีววิทยา เซลล์จุลินทรีย์ของโปรคาริโอตและยูคาริโอตในการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่เป็นผู้ผลิตสารหลักที่ใช้เป็นยา: กรดอะมิโน เบสไนโตรเจน โครงสร้างไขมัน โคเอ็นไซม์ โมโนและไดแซ็กคาไรด์ เอนไซม์เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ที่ใช้ในการบำบัดทดแทน เป็นต้น .
จุลินทรีย์ยังก่อให้เกิดสารทุติยภูมิจำนวนมาก ซึ่งหลายชนิดก็พบการประยุกต์ใช้ทางคลินิกเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ฮอร์โมน ยาปฏิชีวนะ วิตามิน และตัวแก้ไขอื่นๆ ที่มีแนวโน้มของภาวะสมดุลของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
แล้วคำว่า "การปรับปรุงวัตถุทางชีวภาพ" เราหมายถึงอะไร? - ประการแรก นี่คือการเพิ่มผลผลิตของวัตถุทางชีวภาพ ต่อไป จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงอะไรบ้างในการปรับปรุงวัตถุทางชีววิทยา? - กรรมพันธุ์เท่านั้นสิ่งเหล่านี้คือการเปลี่ยนแปลงที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นใน DNA ซึ่งถ่ายทอดระหว่างการจำลอง DNA และตามนั้นในระหว่างการสืบพันธุ์ของวัตถุทางชีววิทยา ( การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม- นี่เป็นสิ่งเดียวที่นักเทคโนโลยีชีวภาพสนใจ นั่นคือการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในฟีโนไทป์คือการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเมื่อ DNA เปลี่ยนแปลง
ขึ้นอยู่กับความรุนแรงของลักษณะใดๆ ก็ตามในประชากรจุลินทรีย์ จะเกิดชุดรูปแบบต่างๆ ขึ้น เซลล์ส่วนใหญ่มีลักษณะการแสดงออกโดยเฉลี่ย
แล้วเราใช้คุณสมบัติเฉพาะอะไรในการปรับปรุงวัตถุทางชีววิทยา?
1. ผลผลิต
2. ความคุ้มค่า (จุลินทรีย์ใช้อาหารที่ถูกกว่าและมีคุณค่าทางโภชนาการมากกว่า)
3. การขาดสารอาหาร (จุลินทรีย์ใช้สารอาหารที่เข้าถึงได้ง่ายกว่า)
4. ความหนืด (ในกรณีของตัวกลางการเพาะเลี้ยงของเหลว)
เนื่องจากอาหารเลี้ยงเชื้อ (ของเหลว) เปลี่ยนจากร้านหมักไปยังร้านแยกและฟอก พนักงานที่นั่นมักจะบ่นเกี่ยวกับความหนืดสูงของของเหลวสำหรับเพาะเลี้ยง ซึ่งเป็นผลให้ไมซีเลียมไม่สามารถปั่นแยกหรือกรองได้ ซึ่งหมายความว่างานของผู้เพาะพันธุ์คือการปรับปรุงคุณสมบัติของของเหลวในการเพาะเลี้ยง
5. สุขอนามัยทางอุตสาหกรรม
ตัวอย่างเช่นเมื่อมีการพัฒนายาปฏิชีวนะเซฟาโลสปอรินการอยู่ในห้องเป็นเรื่องยากมาก (กลิ่นกะหล่ำปลีเน่า) ซึ่งหมายความว่าตามหลักการแล้วความเครียดควรปล่อยสารระเหยให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
6. ความต้านทานโรค
คุณรู้ไหมว่าถ้าคุณมีวัตถุทางชีวภาพ เช่น พืช แบคทีเรีย เชื้อรา ฯลฯ ก็อาจได้รับผลกระทบจากสิ่งนั้นได้ และหากวัตถุทางชีวภาพของคุณเป็นเชื้อราจุลินทรีย์หรือแอคติโนไมซีต ก็อาจได้รับผลกระทบจากฟาจได้ (เช่น ไวรัสจุลินทรีย์)
หากเราพิจารณาเป้าหมายของวิศวกรรมเซลล์ เราสามารถพูดได้ว่าตามหลักการแล้ว เราสามารถได้รับจุลินทรีย์ลูกผสมระหว่างเซลล์และระหว่างจำเพาะ และเรายังสามารถได้รับเซลล์ลูกผสมระหว่างสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่อยู่ห่างไกลในแง่วิวัฒนาการอีกด้วย ทิศทางใหม่ในเทคโนโลยีชีวภาพคือการผสมผสานระหว่างวิศวกรรมเซลล์กับเอนไซม์ทางวิศวกรรมในการผลิตโดยตรง
การบรรยายครั้งที่ 3
การปรับปรุงผู้ผลิต (วัตถุชีวภาพ) โดยใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม
โครงร่างการบรรยาย
1. แนวคิดทางพันธุวิศวกรรม
2. แผนผังขั้นตอนการทำงานของนักพันธุวิศวกรรม
3. ปัจจัยกำหนดทางเลือกของผู้ผลิตจุลินทรีย์
4. แนวคิดและหน้าที่ของเวกเตอร์พลาสมิด
5. หน้าที่ของเอนไซม์จำกัดและไลกาส
6. ยีนมาร์กเกอร์
7. ปรากฏการณ์การประกบกัน
ความสำเร็จเชิงปฏิบัติที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของพันธุวิศวกรรมที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีชีวภาพด้านยาขณะนี้ประสบความสำเร็จในด้านการสร้างสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ที่ผลิตโปรตีนเฉพาะสายพันธุ์สำหรับมนุษย์ โปรตีนดังกล่าวเป็นสิ่งแปลกปลอมในเซลล์จุลินทรีย์ แต่ในร่างกายมนุษย์บางส่วนมีบทบาทเป็นสารควบคุมทางชีวภาพ (ฮอร์โมนโปรตีน) ปัจจัยอื่น ๆ ของภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติ (อินเตอร์เฟอรอน) เป็นต้น
เทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอ (หรือที่เรียกว่าการโคลนโมเลกุลหรือพันธุวิศวกรรม) คือชุดของขั้นตอนการทดลองที่ช่วยให้สามารถถ่ายโอนสารพันธุกรรมจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่งได้ ไม่มีชุดเทคนิคสากลชุดเดียวที่นี่ แต่ส่วนใหญ่มักมีการทดลองตามรูปแบบที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด พันธุวิศวกรรมคือการรวมกันของชิ้นส่วน DNA (ต้นกำเนิดตามธรรมชาติ สังเคราะห์ หรือทั้งสองอย่าง) ในหลอดทดลอง เช่น ในหลอดทดลองและการแนะนำโครงสร้างใหม่ (รีคอมบิแนนท์) เข้าไปในเซลล์ที่มีชีวิตในเวลาต่อมาโดยมีเงื่อนไขว่าชิ้นส่วน DNA ที่ได้รับการแนะนำและมีลักษณะเฉพาะอย่างแม่นยำนั้นจะถูกจำลองแบบหลังจากการรวมไว้ในโครโมโซมหรือแสดงออกมาโดยอัตโนมัติ
โครงการขั้นตอนการทำงานของนักพันธุวิศวกรรม
1. การเชื่อมต่อของชิ้นส่วน DNA เช่น ลำดับนิวคลีโอไทด์ในหลอดทดลอง (อาจมีลำดับสังเคราะห์หรือส่วนผสมของลำดับธรรมชาติและลำดับสังเคราะห์)
2. ถัดไป ลำดับนิวคลีโอไทด์ที่เข้ารหัสสิ่งที่เรียกว่าลำดับผู้นำของกรดอะมิโน (ส่วนใหญ่ไม่ชอบน้ำ) จะติดอยู่กับยีนที่เข้ารหัสโปรตีนเป้าหมาย ผลิตภัณฑ์เป้าหมายที่สังเคราะห์ในเซลล์โดยมีลำดับผู้นำของกรดอะมิโนจะถูกส่งผ่านด้วยความช่วยเหลือผ่านชั้นไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมจากเซลล์สู่ภายนอก
3. จากนั้น ยีนจะถูกแทรกเข้าไปในเซลล์ แต่ “ไม่ได้เข้าไปในเซลล์โดยตรง” เนื่องจากคุณเข้าใจแล้วว่าเซลล์ถูกล้อมรอบด้วยเมมเบรน และในการแทรกยีนเข้าไปในเซลล์ คุณต้องใช้สิ่งที่เรียกว่า “อุปกรณ์ขนส่ง” ที่ใช้พลาสมิด
เมื่อเลือกจุลินทรีย์จะต้องคำนึงถึงสถานการณ์หลายประการด้วย
1. เนื่องจากจุลินทรีย์จะเติบโตในปริมาณมากภายใต้สภาวะการผลิตและพนักงานจำนวนมากขององค์กร (นักชีววิทยา นักเคมี ฯลฯ) จะสัมผัสกับจุลินทรีย์ดังกล่าว ดังนั้นจึงเป็นที่พึงปรารถนาว่าจุลินทรีย์จะไม่ก่อให้เกิดโรค นอกจากนี้ยังจำเป็นที่ผลิตภัณฑ์ดัดแปลงพันธุกรรมเป้าหมายจะต้องไม่มีสารพิษจากจุลินทรีย์แม้แต่น้อย
2. เนื่องจากโครงสร้างที่แปลกไปจากเซลล์ เวกเตอร์ที่เข้าไปในเซลล์จึงไม่ควรถูกตัดด้วยนิวคลีเอสของเซลล์ วัสดุทางพันธุกรรมจะต้องได้รับการเก็บรักษาไว้
3. ในอนาคตผู้ผลิตผลิตภัณฑ์เป้าหมายจำเป็นต้องทำให้ระบบการซ่อมแซมเหล่านั้นอ่อนแอลงในระดับ DNA ที่สามารถทำลายเวกเตอร์ได้ นั่นคือไรโบโซมของผู้ผลิตที่มีศักยภาพจะต้องรับรู้ Messenger RNA ที่สอดคล้องกับวัสดุแปลกปลอม
4. โปรตีนที่ได้ซึ่งแปลกปลอมเข้าสู่เซลล์ (สำหรับนักเทคโนโลยีชีวภาพซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์เป้าหมาย) ไม่ควรถูกย่อยด้วยโปรตีเอสของมัน เช่น ไม่ควรสัมผัสกับระบบที่ไฮโดรไลซ์โปรตีนจากต่างประเทศ
5. ท้ายที่สุด เป็นที่พึงปรารถนาว่าสำหรับศักยภาพที่จะเป็นผู้ผลิตโปรตีนจากต่างประเทศ โปรตีนชนิดหลังจะถูกกำจัดออกจากเซลล์ออกสู่สิ่งแวดล้อม สิ่งนี้อำนวยความสะดวกในการแยกและการทำให้บริสุทธิ์ในภายหลัง
ดังนั้น คุณจำเป็นต้องมียีน เซลล์ที่เหมาะสม และอุปกรณ์ขนส่ง ซึ่งเรียกว่าเวกเตอร์ เวกเตอร์ถูกสร้างขึ้นจากพลาสมิด พลาสมิดประกอบด้วย DNA 2 สาย (โมเลกุลทรงกลมปิด) โดยหลักการเหมือนกับโครโมโซมของแบคทีเรีย ความแตกต่างก็คือพลาสมิดมีขนาดเล็กกว่าโครโมโซม 100 เท่า ตัวอย่างเช่น หากโครโมโซมของแบคทีเรียมียีนประมาณ 3,000 ยีน (ตั้งแต่ 1,000 ถึง 6-7,000 ยีน) พลาสมิดจะมียีนประมาณ 30 ยีน
เอาล่ะเราไปกันเลย สิ่งนี้ใช้ทำอะไร? เพื่อนำยีนเข้าสู่เวกเตอร์จะใช้เอนไซม์ จำกัด (จากคำว่า จำกัด - การตัด) ซึ่งตามการจำแนกทางชีวเคมีเป็นของนิวคลีเอส (เอนโดนิวคลีเอส) จากนั้นเพื่อรักษาความปลอดภัยของยีนอย่างแน่นหนาในเวกเตอร์ (อุปกรณ์ขนส่ง) เอนไซม์อื่น ๆ จึงเริ่มทำงาน - เหล่านี้คือลิเกส (จากคำว่า "มัด" - การเชื่อมโยงข้าม) ซึ่ง "เชื่อมโยงข้าม" ยีนและเวกเตอร์ ด้วยพันธะโคเวเลนต์
การประกบ(จากคำต่อภาษาอังกฤษ - การต่อหรือติดปลายของบางสิ่งบางอย่าง) - กระบวนการตัดลำดับนิวคลีโอไทด์บางอย่างออกจากโมเลกุล RNA และลำดับการรวมที่ยังคงอยู่ในโมเลกุล "โตเต็มที่" ในระหว่างการประมวลผล RNA กระบวนการนี้เกิดขึ้นบ่อยที่สุดระหว่างการเจริญเติบโตของ Messenger RNA (mRNA) ในยูคาริโอต
การบรรยายครั้งที่ 4
จีโนมิกส์และโปรตีโอมิกส์
โครงร่างการบรรยาย
1. ระยะเวลาของการพัฒนาทางพันธุศาสตร์
2. การจัดลำดับจีโนม
3. วัตถุประสงค์และการจำแนกประเภทของจีโนม
4. แบบจำลองจุลินทรีย์
5. ความจำเป็นของยีน
6. ปัญหาเชิงปรัชญาจีโนมิกส์
7. “ยีนดูแลบ้าน” และ “ยีน ivi”
8. ระบบ “ไอเวต”
9. โปรตีโอมิกส์
จีโนมหมายถึงอะไรกันแน่? แตกต่างจากพันธุกรรมอย่างไร? จีโนมิกส์ไม่ได้มุ่งเน้นไปที่ยีนอีกต่อไป แต่มุ่งเน้นไปที่จีโนมที่สมบูรณ์ของเซลล์จุลินทรีย์ พืช และสัตว์ จีโนมเป็นการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพอยู่แล้ว ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการเอาชนะความยากลำบากต่างๆ มากมาย ทั้งทางเทคนิคและทางทฤษฎี ดังที่คุณทราบจีโนมของโปรคาริโอตนั้นเป็นบรรพบุรุษนั่นคือ ถือว่าเป็นหนึ่งในโครโมโซมนั่นคือ DNA แบบวงกลมปิด สำหรับจีโนมยูคาริโอต (โปรดจำไว้ว่ามีนิวเคลียสที่ก่อตัวเป็นเมมเบรน) ตามกฎแล้วจะซับซ้อนกว่าเนื่องจากเซลล์ยูคาริโอตมีโครโมโซมหลายตัว โปรคาริโอตมีจีโนมง่ายกว่ายูคาริโอตมาก จำนวนยีนน้อยกว่ายูคาริโอตมาก และเราจะพิจารณาตัวอย่างบางส่วนโดยใช้เซลล์โปรคาริโอต ซึ่งมีจีโนมง่ายกว่า
ตอนนี้ จีโนมิกส์ ซึ่งพิจารณายีนโดยรวม จะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมีการจัดลำดับยีนแล้วเท่านั้น จาก (ภาษาอังกฤษ) ลำดับ - ลำดับ ในกรณีนี้ “ลำดับ” คือลำดับของคู่นิวคลีโอไทด์ DNA เป้าหมายของจีโนมิกส์คือการสร้างลักษณะทางพันธุกรรมที่สมบูรณ์ของทั้งเซลล์: กำหนดจำนวนยีนที่มีอยู่และลำดับของพวกมัน, กำหนดจำนวนนิวคลีโอไทด์ในแต่ละยีนและลำดับของพวกมัน, กำหนดการทำงานของแต่ละยีนที่เกี่ยวข้องกับเมแทบอลิซึม ของร่างกาย
แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าจีโนมิกส์ในฐานะวิทยาศาสตร์จะเกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว ๆ นี้ แต่บางพื้นที่ก็สามารถระบุได้อย่างคร่าว ๆ จีโนมิกส์เองก็เป็นเช่นนั้น โครงสร้างการประเมินจีโนมโดยรวม: คุณกำหนดลำดับของคู่นิวคลีโอไทด์โดยการจัดลำดับนั่นคือก่อนอื่น โครงสร้างยีนที่แยกจากกันและจากนั้น โครงสร้างจีโนมทั้งหมด
อย่างไรก็ตาม คุณกำลังดำเนินการวิจัยในทิศทางที่เรียกว่าสิ่งที่เรียกว่าในหลายประเด็น จีโนมเปรียบเทียบ- ซึ่งหมายความว่าคุณจัดลำดับจีโนมและยีนในสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน และเปรียบเทียบระหว่างกัน และแก้ไขปัญหาทางทฤษฎีและปฏิบัติบางประการ
อีกประเด็นที่สำคัญมากซึ่งต่อมากลายเป็นเรื่องต้องใช้แรงงานมากคือ จีโนมเชิงการทำงานหรือเมแทบอลิซึม- การจำแนกยีนดำเนินการโดยใช้วิธีพิเศษ โปรแกรมคอมพิวเตอร์ซึ่งอธิบายจีโนมของสิ่งที่เรียกว่า แบบอย่างจุลินทรีย์
ตอนนี้อันต่อไปมันมาก จุดสำคัญ - ยีนแต่ละตัวมีส่วนเริ่มต้น ส่วนกำหนด และกรอบการอ่าน เช่น ยีนโครงสร้างซึ่งเป็นรายบุคคลสำหรับแต่ละยีน แต่ตามกฎแล้วการเริ่มต้นและการกำหนดชิ้นส่วนนั้นเป็นมาตรฐาน (มีข้อยกเว้นที่หายาก)
ดังนั้นปัญหาที่สำคัญที่สุดคือจะย้ายจากการเข้ารหัสไปยังฟังก์ชันได้อย่างไร
การส่งผลงานที่ดีของคุณไปยังฐานความรู้เป็นเรื่องง่าย ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง
นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงาน จะรู้สึกขอบคุณเป็นอย่างยิ่ง
ยังไม่มีงานเวอร์ชัน HTML
คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์เก็บถาวรของงานได้โดยคลิกที่ลิงค์ด้านล่าง
เอกสารที่คล้ายกัน
ประวัติ เป้าหมาย และรากฐานของพันธุวิศวกรรม ด้านจริยธรรมทางชีวภาพ กลุ่มโรคทางพันธุกรรม การวินิจฉัยและการรักษา การประยุกต์พันธุวิศวกรรมศาสตร์ในทางการแพทย์ วัคซีนยีน ยีนบำบัด การผลิตยา
บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 26/10/2554
การเกิดขึ้นของเทคโนโลยีชีวภาพ ทิศทางหลักของเทคโนโลยีชีวภาพ พลังงานชีวภาพเป็นสาขาหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพ ความสำเร็จในทางปฏิบัติของเทคโนโลยีชีวภาพ ประวัติความเป็นมาของพันธุวิศวกรรม เป้าหมาย วิธีการ และเอนไซม์ของพันธุวิศวกรรม ความสำเร็จของพันธุวิศวกรรม
บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 23/07/2551
การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 02/05/2014
เอนไซม์พันธุวิศวกรรม ประเภทของนิวคลีเอสและการกระทำของมัน วิธีการรับไคเมร่า การใช้ DNA polymerase ที่ทนความร้อนได้จำเพาะ การทำงานของเอนไซม์ของเอนไซม์จำกัด การก่อตัวของพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ระหว่างสองฐานของสาย DNA เส้นเดียวกัน
ทดสอบเพิ่มเมื่อ 21/04/2554
พื้นฐานและเทคนิคของการโคลนดีเอ็นเอ ขั้นตอนของพันธุวิศวกรรมของแบคทีเรีย การพัฒนาพันธุวิศวกรรมของพืช การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมและการปรับปรุงพืชโดยใช้อะโกรแบคทีเรีย แหล่งที่มาของยีน ความปลอดภัยของพืชดัดแปลงพันธุกรรม
บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 11/11/2010
แนวคิดของพันธุวิศวกรรม เป้าหมายและวัตถุประสงค์หลัก ขั้นตอนการประยุกต์ใช้ในการผลิตโปรตีนรีคอมบิแนนท์ ลักษณะทางชีวภาพและชนิดของพลาสมิด พันธุ์และ คุณสมบัติที่โดดเด่น- สัญญาณของการมีพลาสมิดในเซลล์แบคทีเรีย
บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 23/01/2010
ลำดับเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมที่ใช้ในการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม การจำแนกประเภทของเอนไซม์จำกัดประเภทหลักที่ใช้สำหรับการกระจายตัวของดีเอ็นเอ เอนไซม์ที่สังเคราะห์ DNA บนเทมเพลต DNA หรือ RNA
จุลินทรีย์ที่เป็นวัตถุของเทคโนโลยีชีวภาพ การจำแนกประเภท ลักษณะเฉพาะ
แบคทีเรียมีความหลากหลายอย่างมากในแง่ของสภาพความเป็นอยู่ ความสามารถในการปรับตัว ประเภทของสารอาหาร และการผลิตพลังงานชีวภาพ ซึ่งสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ เช่น สัตว์และพืช แบคทีเรียรูปแบบที่เก่าแก่ที่สุด - อาร์เคแบคทีเรีย - สามารถมีชีวิตอยู่ได้ในสภาวะที่รุนแรง ( อุณหภูมิสูงและแรงดันสารละลายเกลือเข้มข้น สารละลายที่เป็นกรด- ยูแบคทีเรีย (โปรคาริโอตทั่วไปหรือแบคทีเรีย) มีความไวต่อสภาพแวดล้อมมากกว่า
ตามประเภทของสารอาหาร แบคทีเรียจะถูกแบ่งตามแหล่งพลังงาน:
โฟโตโทรฟที่ใช้พลังงาน แสงแดด;
· chemoautotrophs โดยใช้พลังงานของการออกซิเดชันของสารอนินทรีย์ (สารประกอบกำมะถัน, มีเทน, แอมโมเนีย, ไนไตรต์, สารประกอบเหล็กเหล็ก ฯลฯ );
ตามประเภทของออกซิเดชันของสาร:
Organotrophs ที่ได้รับพลังงานจากการย่อยสลายสารอินทรีย์ให้เป็นแร่ธาตุ แบคทีเรียเหล่านี้มีส่วนสำคัญในวัฏจักรคาร์บอน แบคทีเรียที่ใช้พลังงานจากการหมักอยู่ในกลุ่มเดียวกัน
Lithotrophs (สารอนินทรีย์);
ตามประเภทของแหล่งคาร์บอน:
Heterotrophic - ใช้สารอินทรีย์
· aphthotrophic – ใช้ก๊าซ;
เพื่อระบุประเภทของแหล่งจ่ายไฟ:
1. ลักษณะของแหล่งพลังงานคือภาพถ่ายหรือคีโม
2. ผู้บริจาคอิเล็กตรอน ลิโธ- หรือ ออร์กาโน-;
3. แหล่งคาร์บอน aphtho- และ hetero-;
และปิดท้ายด้วยคำว่าถ้วยรางวัล 8 ประเภทต่างๆโภชนาการ
สัตว์และพืชชั้นสูงมีแนวโน้มที่จะได้รับสารอาหาร 2 ประเภท:
1) เคมีบำบัด (สัตว์)
2) Photolithophthotrophy (พืช)
จุลินทรีย์มีสารอาหารทุกประเภท และสามารถเปลี่ยนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ขึ้นอยู่กับการดำรงอยู่ของพวกมัน
มีอาหารแยกประเภท:
แบคทีเรียเป็นวัตถุที่สะดวกสำหรับการวิจัยทางพันธุกรรม การวิจัยทางพันธุวิศวกรรมที่มีการศึกษาและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ Escherichia coli (E. coli) ซึ่งอาศัยอยู่ในลำไส้ของมนุษย์
การจัดโครงสร้างและโครงสร้างการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพ คุณสมบัติที่โดดเด่นการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพจากเทคโนโลยีแบบดั้งเดิม ข้อดีและข้อเสียของการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพเมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีแบบดั้งเดิม
กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพที่หลากหลายซึ่งพบการประยุกต์ใช้ทางอุตสาหกรรมทำให้จำเป็นต้องพิจารณาปัญหาทั่วไปที่สำคัญที่สุดที่เกิดขึ้นเมื่อสร้างการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพใดๆ กระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพทางอุตสาหกรรมแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ได้แก่ การผลิตชีวมวล และการผลิตผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึม อย่างไรก็ตาม การจำแนกประเภทดังกล่าวไม่ได้สะท้อนถึงแง่มุมที่สำคัญที่สุดของกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพทางอุตสาหกรรมจากมุมมองทางเทคโนโลยี ในเรื่องนี้จำเป็นต้องพิจารณาขั้นตอนของการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพความเหมือนและความแตกต่างขึ้นอยู่กับเป้าหมายสุดท้ายของกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพ
การผลิตเทคโนโลยีชีวภาพมี 5 ขั้นตอน
สองขั้นตอนแรกประกอบด้วยการเตรียมวัตถุดิบและหลักการออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ในกระบวนการทางวิศวกรรมเอนไซม์ โดยทั่วไปจะประกอบด้วยการเตรียมสารละลายของซับสเตรตที่มีคุณสมบัติที่ระบุ (pH อุณหภูมิ ความเข้มข้น) และการเตรียมชุดการเตรียมเอนไซม์ตามประเภทที่กำหนด ไม่ว่าจะเป็นแบบเอนไซม์หรือแบบตรึงการเคลื่อนที่ เมื่อทำการสังเคราะห์ทางจุลชีววิทยา ขั้นตอนการเตรียมสารอาหารและการรักษาวัฒนธรรมที่บริสุทธิ์เป็นสิ่งที่จำเป็น ซึ่งสามารถนำมาใช้อย่างต่อเนื่องหรือตามความจำเป็นในกระบวนการ การรักษาวัฒนธรรมที่บริสุทธิ์ของสายพันธุ์ผู้ผลิตเป็นงานหลักของการผลิตทางจุลชีววิทยาใดๆ เนื่องจากสายพันธุ์ที่มีฤทธิ์สูงซึ่งไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์สามารถทำหน้าที่เป็นหลักประกันในการได้รับผลิตภัณฑ์เป้าหมายที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ
ขั้นตอนที่สามคือขั้นตอนการหมักซึ่งเกิดการก่อตัวของผลิตภัณฑ์เป้าหมาย ในขั้นตอนนี้ การเปลี่ยนแปลงทางจุลชีววิทยาของส่วนประกอบของสารอาหารจะเกิดขึ้น ขั้นแรกให้เป็นชีวมวล จากนั้นหากจำเป็น จะกลายเป็นสารเป้าหมาย
ในขั้นตอนที่สี่ ผลิตภัณฑ์เป้าหมายจะถูกแยกและทำให้บริสุทธิ์จากของเหลวในการเพาะเลี้ยง สำหรับไมโครอุตสาหกรรม กระบวนการทางชีวภาพตามกฎแล้วลักษณะเฉพาะคือการก่อตัวของสารละลายและสารแขวนลอยที่เจือจางมากซึ่งมีสารอื่น ๆ จำนวนมากนอกเหนือจากเป้าหมาย ในกรณีนี้ จำเป็นต้องแยกสารผสมที่มีลักษณะคล้ายคลึงกันมากซึ่งอยู่ในสารละลายที่มีความเข้มข้นใกล้เคียงกัน มีความไม่คงตัวสูง และถูกทำลายด้วยความร้อนได้ง่าย
ขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพคือการเตรียมผลิตภัณฑ์ในรูปแบบเชิงพาณิชย์ ทรัพย์สินส่วนกลางผลิตภัณฑ์สังเคราะห์ทางจุลชีววิทยาส่วนใหญ่มีลักษณะความเสถียรในการจัดเก็บไม่เพียงพอเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะสลายตัวและในรูปแบบนี้ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่ดีเยี่ยมสำหรับการพัฒนาจุลินทรีย์จากต่างประเทศ สิ่งนี้บังคับให้นักเทคโนโลยีใช้มาตรการพิเศษเพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีชีวภาพทางอุตสาหกรรม นอกจากนี้ ยาเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์จำเป็นต้องมีสารละลายพิเศษในขั้นตอนการบรรจุและปิดฝา ดังนั้นจึงต้องปลอดเชื้อ
เป้าหมายหลักของเทคโนโลยีชีวภาพคือการใช้กระบวนการและสารทางชีวภาพทางอุตสาหกรรมโดยอาศัยการผลิตจุลินทรีย์ในรูปแบบที่มีประสิทธิภาพสูง การเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อของพืชและสัตว์ที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ เทคโนโลยีชีวภาพเกิดขึ้นที่จุดตัดของวิทยาศาสตร์ชีวภาพ เคมี และเทคนิค
กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพ - รวมถึงอีเทนจำนวนหนึ่ง: การเตรียมวัตถุ การเพาะปลูก การแยก การทำบริสุทธิ์ การดัดแปลง และการใช้ผลิตภัณฑ์
กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพอาจขึ้นอยู่กับการเพาะปลูกแบบเป็นชุดหรือแบบต่อเนื่อง
ในหลายประเทศทั่วโลก เทคโนโลยีชีวภาพได้รับความสำคัญยิ่ง เนื่องจากเทคโนโลยีชีวภาพมีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการเหนือเทคโนโลยีประเภทอื่น เช่น เทคโนโลยีเคมี
1) ประการแรกคือความเข้มของพลังงานต่ำ กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพดำเนินการที่ความดันปกติและอุณหภูมิ 20-40° C
2). การผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพมักขึ้นอยู่กับการใช้อุปกรณ์มาตรฐานประเภทเดียวกัน เอนไซม์ชนิดเดียวกันนี้ใช้ในการผลิตกรดอะมิโนและวิตามิน เอนไซม์ยาปฏิชีวนะ
3). กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพทำให้ปราศจากขยะได้ง่าย จุลินทรีย์ดูดซึมซับสเตรตได้หลากหลาย ดังนั้นของเสียจากการผลิตหนึ่งๆ จึงสามารถแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่าได้ด้วยความช่วยเหลือของจุลินทรีย์ในระหว่างการผลิตอื่น
4) ธรรมชาติของการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพที่ปราศจากขยะทำให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากที่สุด
5). การวิจัยด้านเทคโนโลยีชีวภาพไม่ต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมากและไม่ต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพง
ภารกิจหลักของเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ ได้แก่ การสร้างและการพัฒนาอย่างกว้างขวางของ:
1) ใหม่ทางชีววิทยา สารออกฤทธิ์และยารักษาโรค (อินเตอร์เฟอรอน, อินซูลิน, ฮอร์โมนการเจริญเติบโต, แอนติบอดี);
2) วิธีการทางจุลชีววิทยาในการปกป้องพืชจากโรคและอันตราย
พวงมาลัย ปุ๋ยจากแบคทีเรีย และสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช ใหม่ ให้ผลผลิตสูงและทนทานต่อปัจจัยที่ไม่พึงประสงค์ สภาพแวดล้อมภายนอกลูกผสมของพืชเกษตรที่ได้จากวิธีพันธุศาสตร์และวิศวกรรมเซลล์
3) สารเติมแต่งอาหารสัตว์ที่มีคุณค่าและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (โปรตีนในอาหารสัตว์ กรดอะมิโน เอนไซม์ วิตามิน ยาปฏิชีวนะในอาหารสัตว์) เพื่อเพิ่มผลผลิตปศุสัตว์
4) เทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร เคมี จุลชีววิทยา และอุตสาหกรรมอื่นๆ
5) เทคโนโลยีสำหรับการประมวลผลเชิงลึกและมีประสิทธิภาพของเสียจากการเกษตร อุตสาหกรรม และครัวเรือน การใช้น้ำเสียและการปล่อยก๊าซและอากาศเพื่อผลิตก๊าซชีวภาพและปุ๋ยคุณภาพสูง
เทคโนโลยีแบบดั้งเดิม (ทั่วไป) แสดงถึงการพัฒนาที่สะท้อนถึงระดับการผลิตโดยเฉลี่ยที่ผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมทำได้ เทคโนโลยีนี้ไม่ได้ให้ข้อได้เปรียบด้านเทคนิคและเศรษฐกิจที่สำคัญแก่ผู้ซื้อและคุณภาพของผลิตภัณฑ์เมื่อเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันจากผู้ผลิตชั้นนำและในกรณีนี้เราไม่สามารถนับผลกำไรเพิ่มเติม (สูงกว่าค่าเฉลี่ย) ได้ ข้อดีของผู้ซื้อคือต้นทุนค่อนข้างต่ำและโอกาสในการซื้อเทคโนโลยีที่ทดสอบในสภาวะการผลิต ตามกฎแล้วเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมถูกสร้างขึ้นอันเป็นผลมาจากความล้าสมัยและการเผยแพร่เทคโนโลยีขั้นสูงในวงกว้าง เทคโนโลยีดังกล่าวมักจะขายในราคาที่ชดเชยผู้ขายสำหรับค่าใช้จ่ายในการเตรียมมันและรับผลกำไรโดยเฉลี่ย
ข้อดีของกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพเมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีเคมี: เทคโนโลยีชีวภาพมีข้อดีหลัก ๆ ดังต่อไปนี้:
· ความเป็นไปได้ในการได้รับสารธรรมชาติที่จำเพาะและมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ซึ่งบางส่วน (เช่น โปรตีน, DNA) ยังไม่สามารถได้มาจากการสังเคราะห์ทางเคมี
·ดำเนินกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพที่อุณหภูมิและความดันค่อนข้างต่ำ
จุลินทรีย์มีอัตราการเจริญเติบโตและการสะสมของมวลเซลล์สูงกว่าสิ่งมีชีวิตอื่นอย่างมีนัยสำคัญ
· ของเสียทางการเกษตรและอุตสาหกรรมราคาถูกสามารถใช้เป็นวัตถุดิบในกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพได้
· กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพเมื่อเทียบกับกระบวนการทางเคมี มักจะเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า มีของเสียที่เป็นอันตรายน้อยกว่า และใกล้เคียงกับกระบวนการทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ
·ตามกฎแล้ว เทคโนโลยีและอุปกรณ์ในการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพจะง่ายกว่าและถูกกว่า
เวทีเทคโนโลยีชีวภาพ
ขั้นตอนหลักคือขั้นตอนทางเทคโนโลยีชีวภาพซึ่งการใช้สารชีวภาพอย่างใดอย่างหนึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของวัตถุดิบให้เป็นผลิตภัณฑ์เป้าหมายอย่างใดอย่างหนึ่ง
โดยปกติ งานหลักขั้นตอนเทคโนโลยีชีวภาพคือการผลิตสารอินทรีย์บางชนิด
ขั้นตอนเทคโนโลยีชีวภาพประกอบด้วย:
การหมักเป็นกระบวนการที่ดำเนินการโดยการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์
การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพ - กระบวนการแห่งการเปลี่ยนแปลง โครงสร้างทางเคมีสารภายใต้อิทธิพลของการทำงานของเอนไซม์ของเซลล์จุลินทรีย์หรือเอนไซม์สำเร็จรูป
ปฏิกิริยาทางชีวภาพ - การเปลี่ยนแปลงทางเคมีสารที่เกิดขึ้นโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพ-เอนไซม์
การออกซิเดชั่นทางชีวภาพคือการบริโภคมลพิษโดยจุลินทรีย์หรือการรวมตัวของจุลินทรีย์ภายใต้สภาวะแอโรบิก
การหมักมีเทนคือการแปรรูปขยะอินทรีย์โดยใช้การรวมตัวของจุลินทรีย์ที่มีก๊าซมีเทนภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน
ปุ๋ยหมักชีวภาพคือการลดปริมาณสารอินทรีย์ที่เป็นอันตรายโดยการรวมตัวของจุลินทรีย์ในขยะมูลฝอย ซึ่งได้รับโครงสร้างพิเศษที่คลายตัวเพื่อให้แน่ใจว่าอากาศเข้าถึงได้และมีความชื้นสม่ำเสมอ
การดูดซับทางชีวภาพคือการดูดซับสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายจากก๊าซหรือของเหลวโดยจุลินทรีย์ ซึ่งมักจะติดอยู่กับตัวพาที่เป็นของแข็งชนิดพิเศษ
การชะล้างแบคทีเรียเป็นกระบวนการเปลี่ยนสารประกอบโลหะที่ไม่ละลายน้ำให้อยู่ในสถานะละลายภายใต้อิทธิพลของจุลินทรีย์พิเศษ
การย่อยสลายทางชีวภาพคือการทำลายสารประกอบที่เป็นอันตรายภายใต้อิทธิพลของจุลินทรีย์ที่ทำลายทางชีวภาพ
โดยปกติแล้วขั้นตอนเทคโนโลยีชีวภาพจะมีของเหลวหนึ่งรายการและกระแสก๊าซหนึ่งรายการเป็นกระแสเอาต์พุต บางครั้งจะมีเพียงกระแสของเหลวเพียงรายการเดียวเท่านั้น หากกระบวนการเกิดขึ้นในสถานะของแข็ง (เช่น การสุกของชีสหรือการหมักของเสียทางชีวภาพ) ผลลัพธ์ที่ได้คือกระแสของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งที่ผ่านการแปรรูป
ขั้นตอนการเตรียมการ
ขั้นตอนการเตรียมการทำหน้าที่เตรียมและเตรียมวัตถุดิบประเภทที่จำเป็นสำหรับขั้นตอนเทคโนโลยีชีวภาพ
สามารถใช้กระบวนการต่อไปนี้ในระหว่างขั้นตอนการจัดเตรียม
การฆ่าเชื้อในสิ่งแวดล้อม - สำหรับกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพปลอดเชื้อซึ่งการซึมผ่านของจุลินทรีย์จากต่างประเทศเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์
การเตรียมและการฆ่าเชื้อก๊าซ (โดยปกติคืออากาศ) ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพ ส่วนใหญ่แล้ว การเตรียมอากาศประกอบด้วยการทำความสะอาดฝุ่นและความชื้น ควบคุมอุณหภูมิที่ต้องการ และการทำความสะอาดจากจุลินทรีย์ในอากาศ รวมถึงสปอร์ด้วย
การเตรียมวัสดุเมล็ดพันธุ์ เห็นได้ชัดว่าเพื่อดำเนินการกระบวนการทางจุลชีววิทยาหรือกระบวนการปลูกพืชหรือเซลล์สัตว์ที่แยกได้จำเป็นต้องเตรียมวัสดุเมล็ดพันธุ์ซึ่งเป็นสารชีวภาพจำนวนเล็กน้อยที่ปลูกไว้ล่วงหน้าเมื่อเปรียบเทียบกับขั้นตอนหลัก
การเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพ สำหรับกระบวนการเปลี่ยนรูปทางชีวภาพหรือการเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ จำเป็นต้องเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพก่อน - ไม่ว่าจะเป็นเอนไซม์ในรูปแบบอิสระหรือคงที่บนพาหะหรือชีวมวลของจุลินทรีย์ที่เติบโตก่อนหน้านี้ในสถานะที่แสดงกิจกรรมของเอนไซม์
การแปรรูปวัตถุดิบล่วงหน้า หากวัตถุดิบเข้าสู่การผลิตในรูปแบบที่ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้โดยตรงในกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพ จะดำเนินการเพื่อเตรียมวัตถุดิบเบื้องต้น ตัวอย่างเช่น เมื่อผลิตแอลกอฮอล์ ข้าวสาลีจะถูกบดก่อนแล้วจึงผ่านกระบวนการเอนไซม์ "แซคคาริฟิเคชั่น" หลังจากนั้นสาโทแซ็กคาไรด์จะถูกเปลี่ยนเป็นแอลกอฮอล์ในขั้นตอนเทคโนโลยีชีวภาพโดยการหมัก
การทำความสะอาดผลิตภัณฑ์
หน้าที่ของขั้นตอนนี้คือการกำจัดสิ่งสกปรกและทำให้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
โครมาโตกราฟีเป็นกระบวนการที่คล้ายกับการดูดซับ
การฟอกไตเป็นกระบวนการที่สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำสามารถผ่านผนังกั้นกึ่งซึมเข้าไปได้ ในขณะที่สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงยังคงอยู่
การตกผลึก กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถในการละลายของสารที่แตกต่างกันที่อุณหภูมิต่างกัน
ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์
ภารกิจต่อไปคือเพื่อให้แน่ใจว่ามีสมาธิ
ในขั้นตอนความเข้มข้นมีการใช้กระบวนการต่างๆเช่นการระเหยการทำให้แห้งการตกตะกอนการตกผลึกด้วยการกรองของผลึกที่เกิดขึ้นการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันและการกรองแบบไฮเปอร์ฟิลเตรชันหรือนาโนฟิลเตรชันซึ่งให้ "การบีบ" ของตัวทำละลายจากสารละลาย
การบำบัดน้ำทิ้งและการปล่อยมลพิษ
การทำให้น้ำเสียและการปล่อยมลพิษเหล่านี้บริสุทธิ์เป็นงานพิเศษที่ต้องแก้ไขในช่วงเวลาที่ไม่เอื้ออำนวยต่อสิ่งแวดล้อม โดยพื้นฐานแล้ว การบำบัดน้ำเสียเป็นการผลิตทางเทคโนโลยีชีวภาพที่แยกจากกัน ซึ่งมีขั้นตอนการเตรียมการ ขั้นตอนเทคโนโลยีชีวภาพ ขั้นตอนสำหรับการตกตะกอนชีวมวลตะกอนเร่ง และขั้นตอนสำหรับการบำบัดน้ำเสียเพิ่มเติมและการแปรรูปตะกอน
ประเภทของวัตถุทางชีวภาพที่ใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพ การจำแนกประเภทและลักษณะเฉพาะ วัตถุทางชีวภาพที่เกิดจากสัตว์ วัตถุทางชีวภาพที่มีต้นกำเนิดจากพืช
วัตถุประสงค์ของเทคโนโลยีชีวภาพ ได้แก่: อนุภาคนอกเซลล์ที่ถูกจัดระเบียบ (ไวรัส) เซลล์ของแบคทีเรีย เชื้อรา โปรโตซัว เนื้อเยื่อของเชื้อรา พืช สัตว์และมนุษย์ เอนไซม์และส่วนประกอบของเอนไซม์ โมเลกุลทางชีวภาพ กรดนิวคลีอิก, เลคติน, ไซโตไคนิน, สารเมตาบอไลต์ปฐมภูมิและทุติยภูมิ
ปัจจุบันวัตถุทางชีวภาพของเทคโนโลยีชีวภาพส่วนใหญ่มีตัวแทนจาก 3 อาณาจักรใหญ่:
1) Acoryotac – อะโคริโอตหรืออะนิวคลีเอต
2) Procaryotac - โปรคาริโอตหรือพรีนิวเคลียร์
3) ยูคาริโอแทค - ยูคาริโอตหรือนิวเคลียร์
พวกมันมี 5 อาณาจักร: อะคาริโอตรวมถึงไวรัส (อนุภาคที่ไม่จัดเป็นเซลล์); โปรคาริโอต ได้แก่ แบคทีเรีย (สัณฐานวิทยา หน่วยประถมศึกษา- ยูคาริโอต ได้แก่ เชื้อรา พืช และสัตว์ ประเภทของการเข้ารหัสข้อมูลทางพันธุกรรม DNA (สำหรับไวรัส DNA หรือ RNA)
แบคทีเรียมีโครงสร้างเป็นเซลล์ แต่วัสดุนิวเคลียร์ไม่ได้ถูกแยกออกจากไซโตพลาสซึมด้วยเยื่อหุ้มใดๆ และไม่เกี่ยวข้องกับโปรตีนใดๆ แบคทีเรียส่วนใหญ่เป็นเซลล์เดียวขนาดไม่เกิน 10 ไมโครเมตร แบคทีเรียทั้งหมดแบ่งออกเป็นอาร์คิโอแบคทีเรียและยูแบคทีเรีย
เชื้อรา (ไมโคต้า) เป็นวัตถุทางเทคโนโลยีชีวภาพที่สำคัญและเป็นผู้ผลิตสารประกอบที่สำคัญจำนวนหนึ่ง ผลิตภัณฑ์อาหารและสารเติมแต่ง: ยาปฏิชีวนะ, ฮอร์โมนพืช, สีย้อม, โปรตีนเห็ด, ชีสชนิดต่างๆ Micromycetes ไม่สร้างส่วนที่ติดผลในขณะที่ Macromycetes สร้าง มีลักษณะเป็นสัตว์และพืช
พืช (แพลนเต้) รู้จักพืชประมาณ 300,000 ชนิด เหล่านี้เป็นพืชอินทรีย์ที่แตกต่างกันซึ่งมีส่วนประกอบเป็นเนื้อเยื่อ (merimestent, integumentary, นำไฟฟ้า, เชิงกล, ฐานและสารคัดหลั่ง) มีเพียงเนื้อเยื่อเลียนแบบเท่านั้นที่สามารถแบ่งตัวได้ พืชชนิดใดก็ได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการสามารถสร้างมวลเซลล์ที่ไม่มีการรวบรวมกันของการแบ่งเซลล์ - แคลลัส วัตถุทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุดคือโปรโตพลาสต์ของเซลล์พืช พวกเขาไม่มีผนังเซลล์ ใช้ในวิศวกรรมเซลล์ สาหร่ายทะเลมักใช้ ได้ Agar-agar และ alginates (โพลีแซ็กคาไรด์ที่ใช้ในการเตรียมสื่อทางจุลชีววิทยา) จากสิ่งเหล่านี้
สัตว์ (นิมอลเลีย). ในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ วัตถุทางชีวภาพ เช่น เซลล์ของสัตว์ต่างๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย นอกจากเซลล์ของสัตว์ชั้นสูงแล้ว ยังใช้เซลล์ของสัตว์โปรโตซัวอีกด้วย เซลล์จากสัตว์ชั้นสูงถูกนำมาใช้เพื่อรับ DNA ลูกผสมและเพื่อทำการศึกษาทางพิษวิทยา
