Слайд 2
БЕЛКОВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
БЕЛКОВАЯ ИНЖЕРЕНИЯ.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ. Лекция 10
Слайд 3
Словарь
Элюция – метод извлечения вещества (вируса) из
твердого носителя вымыванием
Метод дисплея – метод представления гетерологичных
белков/ пептидов на поверхности вирусов, клеток или бесклеточных культур для отбора белков или пептидов с требуемыми свойствами
Биосенсор – аналитическая система (биологический материал + преобразователь), позволяющая обнаруживать вещества в исследуемой пробе и оценивать их концентрации
Слайд 4
Белковая инженерия
Комплекс методов и подходов по изучению белков
и получению белков с новыми свойствами
Слайд 5
Основные подходы в инженерии белка
рациональный дизайн (rational
design) белковых молекул
направленная эволюция (directed evolution) белковых молекул
Слайд 6
Рациональный дизайн
проблемы
Необходимость знаний о пространственной организации
белка
Необходимость знаний о внутри- и межмолекулярных взаимодействиях
Несовершенство методик
и аппаратуры
направление, нацеленное на создание новых белков de novo путем их пространственного конструирования
Слайд 7
Направленная эволюция белковых молекул
направление, нацеленное на создание
новых белков, посредством селекции
Слайд 8
Направленная эволюция белковых молекул (варианты)
рациональный редизайн
с помощью
направленного мутагенеза заменяют конкретные аминокислотные остатки в активном центре
фермента
инженерия белковых поверхностей
с помощью мутаций изменяют участки полипептидной цепи в окрестностях аминокислотных остатков, сближенных на поверхности белковой глобулы, но находящихся в полипептидной цепи на значительном расстоянии друг от друга
Слайд 9
Скрининг и отбор белков с заданными свойствами
пути
случайный
скрининг
улучшенный скрининг
отбор
каждый белок исследуется на наличие
требуемых свойств;
выбор белков из клонотеки происходит случайно
возможен, если объекты, составляющие клонотеку, различаются фенотипически (например, по наличию ферментативной активности)
создаются условия для избирательного сохранения компонентов клонотеки, которые обладают определенными свойствами
(фаговый, клеточный дисплей)
обнаружение белка с требуемыми свойствами среди большого числа макромолекул, составляющих полученную клонотеку
Слайд 11
Фаговый дисплей
Цель – экспонировать чужеродные белки на поверхности
фага
Метод был разработан в 1985 г. для нитчатого бактериофага
М13.
(гены pIII и pVIII являются пригодными сайтами мишенями для вставки чужеродного кДНК фрагмента)
Слайд 12
Инфицирование E.coli
фагом-помощником
клетки E.coli, трансформированные
плазмидной библиотекой / фагмидой,
инфицируют хелперным фагом для получения фаговых частиц, на поверхности
которых экспонированы различные варианты целевого белка
Слайд 14
Перспективы практического использования белковой инженерии
Слайд 15
Биосенсорный анализатор «Биолан 1010»
Слайд 16
Принципиальная стуктурная схема
биосенсора
Слайд 17
Измерение глюкозы с помощью ферментного электрода (схематическое представление
опыта Л. Кларка). Окисление глюкозы ферментом глюкозооксидазой в присутствии
кислорода: глюкоза + О2 ? Н2О2 + глюконо-1,5-лактон.
Н2О2 восстанавливается на платиновом электроде при потенциале +700 мВ; протекающий в цепи ток пропорционален концентрации пероксида водорода (т.е., косвенно, глюкозы).
Слайд 18
СПЕЦИАЛЬНЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ
БЕЛКОВАЯ ИНЖЕРЕНИЯ.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ. Лекция 10
Слайд 19
Словарь
Иммобилизация – это ограничение подвижности молекул и
их конфирмационных перестроек
Аэротенк – система очистки стоков, резервуары в
которых происходит перемешивание СВ, микробного ила и воздуха
Метантенк – резервуар для биологической переработки органических загрязнителей с помощью бактерий в анаэробных условиях
Биоремедиация – комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферы с использованием метаболического потенциала биологических объектов – растений, грибов, насекомых, червей и других организмов
Слайд 20
ИНЖЕНЕРНАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ
С2Н5ОН
Глюкоза
Этанол
С6Н12О6
изучает возможность получения, модификации и применения ферментов
в биотехнологических процессах
Слайд 22
ФЕРМЕНТЫ
Изолированные ферменты
Свободные
Иммобилизованные
Внутриклеточные ферменты
Формы ферментов в биотехнологиях
Слайд 23
микроорганизмы
Источники ферментов
Бациллы – биосинтезаторы рибонуклеаз, дезоксирибонуклеаз и
протеаз, а дрожжи – глюкоамилаз, инвертаз и кислой фос-фатазы
растения
Амилазы выделяют из ячменя, кислую фосфатазу из картофеля, пероксидазу из хрена
животные
Из сердца КРС выделяют лактатдегидрогеназу, из желудка – щелочную фосфатазу.
Желудок свиней используют для получения пепсина
Слайд 24
Носители для иммобилизации
Стекло
Слайд 25
Методы иммобилизации
Физические методы
Химические методы
адсорбция на
нерастворимом носителе, включение в поры геля, пространственное отделение с
помощью полупроницаемой мембраны и другие
основывается на создании новых ковалентных связей между ферментом и носителем
Слайд 26
Преимущества иммобилизованных ферментов
отделять ферменты от реакционной среды,
останавливать реакцию в нужный момент и получать продукт не
загрязненный ферментом;
проводить процесс в непрерывном режиме и регулировать скорость реакции;
изменять свойства катализатора, его специфичность, зависимость от условий реакции и чувствительность к денатурирующим воздействиям;
регулировать каталитическую активность фермента посредством воздействия на носитель
можно
Слайд 27
Ферменты в биотехнологическом производстве
Слайд 28
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ
решает проблемы загрязнения окружающей среды (биодатчики, биосенсоры,
биоиндикаторы, редуценты загрязнителей и пр.)
Слайд 29
Лавряшина М.Б. КемГУ 2005
Методы экологической биотехнологии
Слайд 30
Важнейшая проблема биотехнологии – очистка сточных вод
Слайд 33
Аэротенки работают в комплексе с усреднителем, отстойниками, регенератором
ила и уплотнителем ила (пресс).
Аэротенк
(от аэро и англ.
tank — бак, цистерна)
отстойник
усреднитель
АЭРОТЕНК
регенератор ила
пресс
очищенные сточные воды
активный ил
сточные воды
метантенк
Слайд 34
Метантенк
(от метан и англ. tank – бак,
цистерна)
Слайд 36
I фаза. ЦЕЛЛЮЛОЗОРАЗРУШАЮЩИЕ
(Bacterioides ruminicola, Butyrivibrio fibriosolvens)
ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИЕ
(Clostridium, Petrococcus)
II фаза. АЦЕТОГЕННЫЕ
(Syntrophobacter wolinii)
III фаза. МЕТАНООБРАЗУЮЩИЕ
(Metanobacterium thermoautotrophicum,
Metanococcus vannielii)
Примеры микроорганизмов
Слайд 38
БИОРЕМЕДИАЦИЯ
В основе метода лежит способность микроорганизмов утилизировать
сложные органические вещества с разложением их до простых «биологически
безопасных» веществ
Молекулярная биология и генетика
Экология
Инженерные науки
Микро-биология
Слайд 40
Биоремедиация. Подходы.
Использование активности природных «диких» микроорганизмов (требуется интенсификатор,
например О2)
Использование активных штаммов, внесенных в виде биопрепаратов в
места интенсивных загрязнений
Слайд 42
ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Химический анализ
Инженерные технологии
Биостимуляция
(Природные микробные сообщества)
Биоремедиация
(Искусственные микробные биопрепараты)
Мониторинг биоремедиации
Биофиторемедиация
(Сообщества
растений и микроорганизмов)
Слайд 43
Биофиторемедиация
By E. Pilon-Smits, 2004
Слайд 44
Растение
фиторемедиация
биоремедиация
Бактерии ризосферы
Pseudomonas
Деградация загрязнителей
Аккумуляция загрязнителей
Слайд 45
Конструирования трансгенных растений, устойчивых против насекомых
вредителей
1. СИНТЕЗ
СПЕЦИФИЧЕСКИХ ТОКСИНОВ
2. СИНТЕЗ ГИДРОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЩИХ НА КЛЕТОЧНЫЕ СТЕНКИ
ЛИЧИНОК НАСЕКОМЫХ И ДРУГИХ ВРЕДИТЕЛЕЙ И ПАТОГЕНОВ /ХИТИНАЗА, β-1,3- ГЛЮКОНАЗЫ, РR-БЕЛКИ/
3. СИНТЕЗ ИНГИБИТОРОВ ПРОТЕИНАЗ И ИНГИБИТОРОВ ФЕРМЕНТОВ, РАСЩЕПЛЯЮЩИХ ПОЛИСАХАРИДЫ РАСТЕНИЯ
4. МОДИФИКАЦИЯ ВТОРИЧНОГО МЕТАБОЛИЗМА РАСТЕНИЙ ДЛЯ:
А) ЛИМИТИРОВАНИЯ НЕОБХОДИМЫХ ВЕЩЕСТВ
Б) СИНТЕЗА НОВЫХ РЕПЕЛЛЕНТОВ И ТОКСИНОВ
5. РЕГУЛЯЦИЯ ЗАЩИТНОГО ОТВЕТА:
А) ТКАНЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ
Б) РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ РАЗЛИЧНЫМИ
ЕСТЕСТВЕННЫМИ И ИСКУССТВЕННЫМИ
ФАКТОРАМИ
Слайд 46
Растения устойчивые к фитопатогенам
Слайд 47
Повышенная устойчивость трансгенных растений к грибному патогену Phomopsis
helianhi
А
B
А - нетрансгенное растение
В - трансгенное растение
Слайд 48
Примерный список тем, входящий в тест на зачете
1.
История биотехнологии. Характеристика исторических периодов. Наиболее значимые открытия, сыгравшие
важную роль в становлении науки.
2. Общие понятия биотехнологии: биотехнологическая система, биотехнологический процесс, биотехнологический объект.
3. Биотехнологические объекты, определение, характеристика места биообъекта в биотехнологической системе, классификация, примеры практического применения.
4. Микроорганизмы как биообъекты. Примеры, практическое использование в биотехнологиях.
5. Культуры клеток и тканей как биообъекты. Примеры, практическое использование в биотехнологиях.
6. Биотехнологический процесс. Этапы. Краткая характеристика этапов биотехнологического процесса.
7. Характеристика микроорганизмов как объектов селекции. Селекция микроорганизмов в биотехнологии.
8. Мутагенез: определение, формы мутагенеза, мутагенные факторы.
9. Отбор мутантных микроорганизмов созданных в процессе селекции на подготовительной стадии биотехнологического процесса.
10. Селекция биообъектов. Этапы, подходы, методы.
Слайд 49
11. Генетическая инженерия: цель, техника, биообъекты, примеры практического
применения, современные достижения.
12. Ферменты генетической инженерии. Классификация, характеристика катализируемых
реакций.
13. Методы получения гена в генетической инженерии. Краткая характеристика, достоинства и недостатки методов.
14. Вектора в генетической инженерии. Определение, классификации, требования, краткая характеристика векторов.
15. Рекомбинантная ДНК. Определение, назначение, методы получения рекомбинантной ДНК в генетической инженерии.
16. Методы введения рекомбинантной ДНК в клетку-реципиент и отбор модифицированных клеток в генетической инженерии.
17. Трансгенез растений. Вектора. Основные стратегии. Методы введения трансгенов и отбора трансгенных организмов.
18. Трансгенез животных. Вектора. Основные стратегии. Методы введения трансгенов и отбора трансгенных организмов.
19. Клеточная инженерия: цель, техника, биообъекты, примеры практического применения, современные достижения.
20. Методы культивирования клеток и тканей растений. Условия культивирования, классификация и краткая характеристика культур растений в клеточной инженерии
Слайд 50
21. Соматические гибриды растений. Техника получения, современные достижения,
примеры практического применения.
22. Протопласты: определение, использование в клеточной инженерии,
методы и условия выделения протопластов.
23. Культивирование и слияние протопластов в клеточной инженерии. Методы, условия, фьюзогены.
24. Практическое использование культур клеток и тканей растений. Биосинтез и биотрансформация, микроразмножение, примеры трансгенных растений с ценными свойствами.
25. Клеточная инженерия животных. Методы, объекты, техника, современные достижения, практическое применение.
26. Клеточные и тканевые культуры животных. Классификации культур, условия культивирования, среды, методы получения соматических гибридов, практическое применение.
27. Стволовые клетки. Характеристика. Классификация. Перспективы применения.
28. Клонирование. Характеристика метода. Классификация. Перспективы применения.
29. Биотехнологический процесс. Стадия культивирования. Основные этапы, характеристика сред для микроорганизмов, клеток растений и животных. Аппаратура.
30. Биотехнологический процесс. Стадия культивирования. Режимы культивирования биообъектов. Стадии роста культуры в биореакторе, синтез целевого продукта.
