Преимущество биотехнологических процессов. Основные достижения биотехнологии

ГОУ ВПО «Кировская государственная  медицинская академия федерального агентства по здравоохранению и  социальному развитию»

 

 

 

Контрольная работа

по  Биотехнологии

Тема: Преимущество биотехнологических процессов. Основные достижения биотехнологии.

 

 

 

 

Выполнила:	студентка III курса, ФЭТ, 377гр. Гуляева Анфиса Александровна
Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Киров, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение            3

1. Преимущество биотехнологических процессов     4

2. Основные  достижения биотехнологии       6

Выводы                   13

Список  использованной литературы              14

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Биотехноло́гия — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

Биотехнологией часто  называют применение генной инженерии  в XX–XXI веках, но термин относится и  к более широкому комплексу процессов  модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека, начиная с модификации растений и одомашненных животных путем искусственного отбора и гибридизации. С помощью  современных методов традиционные биотехнологические производства получили возможность улучшить качество пищевых  продуктов и увеличить продуктивность живых организмов.

До 1971 года термин «биотехнология»  использовался, большей частью, в  пищевой промышленности и сельском хозяйстве. С 1970 года учёные используют термин в применении к лабораторным методам, таким, как использование  рекомбинантной ДНК и культур клеток, выращиваемых in vitro.

Биотехнология основана на генетике, молекулярной биологии, биохимии, эмбриологии и клеточной биологии, а также прикладных дисциплинах  — химической и информационной технологиях  и робототехнике.

Цель: дать раскрытый ответ  на вопрос контрольной работы.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Дать определение Биотехнологии как науки;
2. Изучить приемущество биотехнологических процессов;
3. Изучить основные достижения биотехнологии.

 

1. ПРИЕМУЩЕСТВО БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

Основная цель биотехнологии - промышленное использование биологических  процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и  тканей растений и животных с заданными  свойствами. Биотехнология возникла на стыке биологических, химических и технических наук.

Биотехнологический процесс - включает ряд этанов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование  продуктов.

Первым детально изученным  процессом было брожение. Французский ученый Луи Пастер (1822 - 1895) первым показал, что брожение - это жизнь без свободного кислорода или анаэробное дыхание, происходящее при участии дрожжевых грибов. По вопросам бродильного производства - виноделию, пивоварению и получению уксуса - он опубликовал 3 монографии.

Биотехнологические процессы могут быть основаны на периодическом  или непрерывном культивировании.

Во многих странах мира биотехнологии придается первостепенное значение. Это связано с тем, что  биотехнология имеет ряд существенных преимуществ перед другими видами технологий, например, химической.

1. Это, прежде всего, низкая энергоемкость. Биотехнологические процессы совершаются при нормальном давлении и температурах 20-40° С.
2. Биотехпологическое производство чаще базируется на использовании стандартного однотипного оборудования. Однотипные ферменты применяются для производства аминокислот, витаминов; ферментов, антибиотиков.
3. Биотехнологические процессы несложно сделать безотходными. Микроорганизмы усваивают самые разнообразные субстраты, поэтому отходы одного какого-то производства можно превращать в ценные продукты с помощью микроорганизмов в ходе другого производства.
4. Безотходность биотехнологических производств делает их экологически наиболее чистыми. Экологическая целесообразность биотехнологических производств определяется также возможностью ликвидации с их помощью биологических отходов - побочных продуктов пищевой, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, в сельском и городском хозяйствах.
5. Исследования в области биотехонологии не требуют крупных капитальных вложений, для их проведения не нужна дорогостоящая аппаратура.

К первоочередным задачам  современной биотехнологии относятся  -создание и широкое освоение:

1. новых биологически  активных веществ и лекарственных  препаратов для медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста, антител);

2. микробиологических средств  защиты растений от болезней  и вредителей, бактериальных удобрений  и регуляторов роста растений, новых высокопродуктивных и устойчивых  к неблагоприятным факторам внешней  среды гибридов сельскохозяйственных  растений, полученных методами генетической  и клеточной инженерии;

3. ценных кормовых добавок  и биологически активных веществ  (кормового белка, аминокислот,  ферментов, витаминов, кормовых  антибиотиков) для повышения продуктивности  животноводства;

4. новых технологий получения  хозяйственно-ценных продуктов для  использования в пищевой, химической, микробиологической и других  отраслях промышленности;

5. технологий глубокой  и эффективной переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов,  использования сточных вод и газовоздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.

 

2. ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ

 

За последние 20 лет биотехнология, благодаря своим специфическим преимуществам перед другими науками, совершила решительный прорыв на промышленный уровень, что в немалой степени обязано также развитию новых методов исследований и интенсификации процессов, открывших ранее неизвестные возможности в получении биопрепаратов, способов выделения, идентификации и очистки биологически активных веществ.

Биотехнология формировалась  и эволюционировала по мере формирования и развития человеческого общества. Ее возникновение, становление и развитие условно можно подразделить на 4 периода.

1. Эмпирический период  или доисторический - самый длительный, охватывающий примерно 8000 лет, из которых более 6000 лет до н.э. и около 2000 лет н.э. Древние народы того времени интуитивно использовали приемы и способы изготовления хлеба, пива и некоторых других продуктов, которые теперь мы относим к разряду биотехнологических.

Известно, что шумеры - первые жители Месопотамии (на территории современного Ирака) создали цветущую в те времена цивилизацию. Они выпекали хлеб из кислого теста, владели искусством готовить пиво. Приобретенный опыт передавался из поколения в поколение, распространялся среди соседних народов (ассирийцев, вавилонян, египтян и древние индусов). В течение нескольких тысячелетий известен уксус, издревле приготавливавшийся в домашних условиях. Первая дистилляция в виноделии осуществлена в XII в.; водку из хлебных злаков впервые получили в XVI в.; шампанское известно с XVIII в.

К эмпирическому периоду  относятся получение кисломолочных продуктов, квашеной капусты, медовых алкогольных напитков, силосование кормов.

Таким образом, народы исстари  пользовались на практике биотехнологическими процессами, ничего не зная о микроорганизмах. Эмпиризм также был характерен и в практике использования полезных растений и животных.

В 1796 г. произошло важнейшее событие в биологии - Э. Дженнером были проведены первые в истории прививки человеку коровьей оспы.

2. Этиологический период  в развитии биотехнологии охватывает вторую половину XIX в. и первую треть XX в. (1856 - 1933 гг.). Он связан с выдающимися исследованиями великого французского ученого Л. Пастера (1822 - 95) - основоположника научной микробиологии.

Пастер установил микробную  природу брожения, доказал возможность жизни в бескислородных условиях, создал научные основы вакцинопрофилактики и др.

В этот же период творили  его выдающиеся ученики, сотрудники и коллеги: Э. Дюкло, Э. Ру, Ш.Э. Шамберлан, И.И. Мечников; Р. Кох, Д. Листер, Г. Риккетс, Д. Ивановский и др.

В 1859 г. Л. Пастер приготовил жидкую питательную среду, Р. Кох в 1881 г. предложил метод культивирования бактерий на стерильных ломтиках картофеля и на агаризованных питательных средах. И, как следствие этого, удалось доказать индивидуальность микробов и получить их в чистых культурах. Более того, каждый вид мог быть размножен на питательных средах и использован в целях воспроизведения соответствующих процессов (бродильных, окислительных и др.).

Среди достижений 2-й периода особо  стоит отметить следующие:

• 1856 - чешский монах Г. Мендель открыл законы доминирования признаков и ввел понятие единицы наследственности в виде дискретного фактора, который передается от родителей потомкам;
• 1869 - Ф. Милер выделил «нуклеин» (ДНК) из лейкоцитов;
• 1883 - И. Мечников разработал теорию клеточного иммунитета;
• 1984 - Ф. Леффлер изолировал и культивировал возбудителя дифтерии;
• 1892 - Д.Ивановский открыл вирусы;

• 1893 - В. Оствальд установил каталитическую функцию ферментов;

• 1902 - Г. Хаберланд показал возможность культивирования клеток растений в питательных растворах;
• 1912 - Ц. Нейберг раскрыл механизм процессов брожения;

-1913 - Л. Михаэлис и М. Ментен разработали кинетику ферментативных реакций;

• 1926 - X. Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности;
• 1928 - Ф. Гриффит описал явление «трансформации» у бактерий;

- 1932 - М. Кнолль и Э. Руска изобрели электронный микроскоп. 
В этот период было начато изготовление прессованных пищевых

дрожжей, а также продуктов  их метаболизма - ацетона, бутанола, лимонной и молочной кислот, во Франции приступили к созданию биоустановок для микробиологической очистки сточных вод.

Тем не менее, накопление большой массы клеток одного возраста оставалось исключительно трудоемким процессом. Вот почему требовался принципиально иной подход для решения многих задач в области биотехнологии.

3. Биотехнический период - начался  в 1933 г. и длился до 1972 г.

В 1933 г. А. Клюйвер и А.Х. Перкин опубликовали работу «Методы изучения обмена веществ у плесневых грибов», в которой изложили основные технические приемы, а также подходы к оценке получаемых результатов при глубинном культивировании грибов. Началось внедрение в биотехнологию крупномасштабного герметизированного оборудования, обеспечивающего проведение процессов в стерильных условиях.

Особенно мощный толчок в развитии промышленного биотехнологического оборудования был отмечен в период становления и развития производства антибиотиков (время второй мировой войны 1939-1945 гг., когда возникла острая необходимость в противомикробных препаратах для лечения больных с инфицированными ранами).

Все прогрессивное в  области биотехнологических и технических  дисциплин, достигнутое к тому времени, нашло свое отражение в биотехнологии:

• 1936 - были решены основные задачи по конструированию, созданию и внедрению в практику необходимого оборудования, в том числе главного из них - биореактора (ферментера, аппарата-культиватора);
• 1938 - А. Тизелиус разработал теорию электрофореза;
• 1942 - М. Дельбрюк и Т. Андерсон впервые увидели вирусы с помощью электронного микроскопа;
• 1943 - пенициллин произведен в промышленных масштабах;
• 1949 - Дж. Ледерберг открыл процесс конъюгации у Е.colly;
• 1950 - Ж. Моно разработал теоретические основы непрерывного управляемого культивирования микробов, которые развили в своих исследованиях М. Стефенсон, И. Молек, М. Иерусалимский, 
  И. Работнова, И. Помозгова, И. Баснакьян, В. Бирюков;