Основы биотехнологии

1. Основы биотехнологии

Лектор – доцент кафедры Биотехнологии
и промышленной фармации
ПШЕНИЧНИКОВА АННА БОРИСОВНА

2. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

• Шмид Р. Наглядная биотехнология и генетическая инженерия. пер. с нем.
Издательство: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2014. 325с.
• Е.А. Живухина, Е.А. Калашникова, Н.В. Загоскина, Л.В Назаренко
Биотехнология. В 2 частях. Учебник и практикум для академического
бакалавриата. Под ред. Н.В. Загоскиной, Л.В. Назаренко. – М.: Издательство
Юрайт. 2017.
Сазыкин Ю.О., Орехов С.Н., Чакалева И.И. Биотехнология. Издательство: Academia.
Серия: Высшее профессиональное образование. 2008. 256с.
• Елинов Н.П. Основы биотехнологии/ Н.П. Елинов.– СПБ.: Наука 1995.
• Биотехнология. В 8 кн. под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. - М.: Высшая
школа. 1987-1988 гг.
• Биотехнология. Принципы и применение. Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж.
Джонса. – М.: Мир.1988.
• Шлегель Г. Общая микробиология. -М.: Мир. 1987.
• Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и
применение. – М.: Мир, 2000.
• Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии. Учеб пособие для
вузов. – М.: Колосс, 2004.
• Пшеничникова А.Б. Основы биотехнологии. Учебное пособие. Изд. МИТХТ.
2010.
• Катлинский А.В., Сазыкин Ю.О., Курс лекций по биотехнологии. ММА им.
Сеченова. – М. 2005. 150 с. Формат документа:pdf. Размер: 2,5 MB.

3.

БИОТЕХНОЛОГИЯ
Термин «биотехнология» был введен
венгерским инженером Карлом Эреки при
описании процесса крупномасштабного
производства свинины с использованием
в качестве корма сахарной свеклы (в
книге „Biotechnologie”, Берлин, 1919 г.).
По определению Эреки, биотехнология –
это «все виды работ, при которых из
сырьевых материалов с помощью
живых организмов производятся те
или иные продукты».
Kаroly (Karl) Ereky (1868–1952)

4.

Интегральное понятие, обозначающее применение биологических организмов,
систем и процессов в промышленности и индустрии услуг.
Комплексное использование биохимии, микробиологии и технических наук с
целью применения в производственном процессе микроорганизмов, культивированных
тканей и клеток, а также их отдельных частей.
Технологии, использующие биологические феномены для копирования и
разработки различных видов полезных субстанций.
Применение научных и технических принципов для обработки материалов
биологическими агентами с целью производства товаров и предоставления услуг.
Наука о производственных процессах, основанных на действии микроорганизмов
и их активных компонентов, а также процессах, включающих использование клеток и
тканей высших организмов. При этом биотехнологии не являются отдельной научной
областью, а объединяют усилия микробиологии, биохимии, молекулярной биологии,
клеточной биологии, биологии растений, иммунологии, инженерии белков,
энзимологии, клеточной культуры млекопитающих и других наук.
Просто название, употребляемое для обозначения целого ряда техник и процессов.
Применение живых организмов и их компонентов в сельском хозяйстве, пищевой
и других секторах промышленности.
Расшифровка и использование биологического знания.
Применение знания и понимания биологии для решения практических задач.

5. БИОТЕХНОЛОГИЯ

• БИОТЕХНОЛОГИЯ (от греческих слов bios – жизнь, teken –
искусство, logos – слово, учение, наука) – область науки и
практики, основанная на направленном использовании
биологических объектов для получения полезных продуктов.
• БИОТЕХНОЛОГИЯ - производственное использование
биологических агентов (микроорганизмы, растительные клетки,
животные клетки, части клеток: клеточные мембраны, рибосомы,
митохондрии, хлоропласты, биологические макромолекулы: ДНК,
РНК, белки - чаще всего ферменты) для получения ценных
продуктов и осуществления целевых превращений.
• БИОТЕХНОЛОГИЯ - промышленное производство товаров и
услуг при участии живых организмов, биологических систем и
процессов
• БИОТЕХНОЛОГИЯ - интеграция естественных и инженерных
наук, позволяющая наиболее полно реализовать возможности
живых организмов или их производных для создания и
модификации продуктов или процессов различного назначения

6. Междисциплинарная природа биотехнологии

7. Биоэкономика Это мироустройство, при котором биотехнологии обеспечивают значительную часть материального производства

биоинженерия
биотопливо
биоэнергетика
Био
Экономика
биоремедиация
фармакология
и медицина
химическая
промышленность
продукты
питания
медицинская
диагностика

8. С использованием биотехнологий к 2030 г. будет производиться:

• 35 % химической продукции
• 80 % лекарственных средств
• 50 % с/х продукции
• 2.7 % ВВП развитых стран
• для развивающихся стран доля будет еще
выше

9. Разделы биотехнологии

Клеточная и генетическая инженерия;
Медицинская биотехнология;
Медицинская биотехнология;
Промышленная микробиология;
Пищевая биотехнология;
Инженерная энзимология;
Технологическая биоэнергетика,
Сельскохозяйственная биотехнология;
Биогеотехнология;
Биосенсорная технология;
Экологическая биотехнология.

10. «Цветовая» классификация биотехнологии

«Красная» биотехнология – биотехнология, связанная с обеспечением
здоровья человека и потенциальной коррекцией его генома, а также с
производством биофармацевтических препаратов (протеинов, ферментов,
антител);
«Зеленая" биотехнология - направлена на увеличение урожайности
с\х культур при минимальном воздействии на окружающую среду,
модификацию растений и других организмов для увеличения их ценности как
источника пищи, кормов, волокон и сырья для различных производств,
конверсию биомассы в сырье для получения возобновляемого топлива и
материалов, определяет современные методы ведения сельского и лесного
хозяйства;
«Белая биотехнология» - промышленная биотехнология,
объединяющая производство биотоплива, биотехнологии в пищевой,
химической и нефтеперерабатывающей промышленности;
«Серая биотехнология» - связана с природоохранной деятельностью,
биоремедиацией;
«Синяя биотехнология» – связана с использованием морских
организмов и сырьевых ресурсов.

11. Источник: http://www.ejbiotechnology.info/index.php/ejbiotechnology/article/view/1114/1496

черная (или темная, dark)
биотехнология, связанная с
военными целями и
терроризмом;
фиолетовая биотехнология,
связанная с патентованием
биотехнологических
открытий и разработок, а
именно со всеми вопросами
интеллектуальной
собственности;
золотая биотехнология,
посвященная вопросам
биоинформатики и
нанобиотехнологиям;
коричневая биотехнология,
связанная с
биотехнологическим
решением проблем
пустынных и аридных
территорий
(пространственная и
геомикробиология)

12. sovman.ru/article/4307

13. Эксперты Мирового Экономического Форума выбрали 10 новшеств в сфере биотехнологий

• 1. Биопроизводство элементов энергии и других материалов
• 2. Производство генетически-модифицированных зерновых
культур
• 3. Использование ресурсов моря для производства топлива и
химических веществ
• 4. Биообработка отходов
• 5. Использование углекислого газа как сырья
• 6. Регенеративная медицина для создания новых органов
• 7. Быстрая, точная разработка и производство лекарств и вакцин
• 8. Точная, быстрая и дешевая персонализированная диагностика
• 9. Биотехнологии для грунта и воды
• 10. Улучшение системы здравоохранения через геном

14. Щенок Вулфи и его клон

Щенок Вулфи и его клон

15.

Структура мирового производства на рынке
биотехнологий
Остальное (белая,
серая, синяя
биотехнология)
около
более
Красная
биотехнология
Зелёная
биотехнология
15

16.

Биотехнологическая промышленность
зерно
Препараты для сельского
хозяйства
Пробиотики.
Вакцины ветеринарные.
Антибиотики кормовые.
Кормовой белок.
Аминокислоты.
Витамины.
Кормовые добавки
Биоудобрения,
Биопестициды
крахмал
Промышленные
ферменты
- α-амилаза
- глюкоамилаза
- протеазы
- липазы
- целлюлаза
- пектиназа и др.
энергетика
вода
Витамины
- рибофлавин (B2)
- аскорбиновая к-та (C)
- никотинамид (PP)
- коболамин (B12)
Каротиноиды
- β-каротин
- астаксантин
- ликопин
Биомасса живых
клеток
- биокатализ в химии
- очистка почв,
воды и воздуха
глюкозный
сироп
фруктозный
сироп
заменитель
сахара
биотехнологическая
промышленность
Препараты медицинского
назначения
- Антибиотики
- Вакцины
- Гормоны
- Рекомбинантные белки
Инсулин, интерферон,
соматотропин, вакцины
Топливный
этанол
Аминокислоты
- L-лизин
- L-треонин
- L-триптофан
Химикаты
- молочная к-та
- лимонная к-та
- 1,3 - пропандиол
- тонкие продукты
для фарминдустрии
и др.
Полисахариды
- для технических целей
- для пищевой промышленности

17. ДОЛЯ РОССИИ В МИРОВОМ ОБЪЕМЕ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ БИОТЕХНОЛОГИИ

Годы
Мировой объем
(млрд.$)
Россия
(млрд.$)
1980
30
1,5
1990
95
3,2
2000
234
0,4
2010
Свыше 2000
2,5
Мировой объем
Россия
1980
1990
2000
Р
я
д
2010

18.

Динамика мирового биотехнологического рынка
(млрд. долл. США)
80
70
60
50
2000
40
2005
30
2008
20
10
0
США
Европа Япония
КНР
Индия Россия

19.

Количество биотехнологических компаний
по ряду стран:
США
Европа
Китай
Бразилия
Индия
Россия
1500
бол.700
ок. 900
ок. 300
330
ок. 50
19

20. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЫНОК В РФ

1%
1%
9%
1%
20%
64%
4%
Biopharma
Enzymes
Agriculture
Environmental protection
Extractive industries
Yeast
Live cultures of microorganisms
Source: Research Company Abercade

21.

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЫНОК
В РФ

22.

23. Этапы развития биотехнологии

• Эмпирический
• Этиологический
• Биотехнический
• Генотехнический

24. Открытие микроорганизмов

Антони ван
Левенгук
(Antony van
Leeuwenhoek,
1632-1723)
Выдержка из письма А.
ван Левенгука в
Лондонское Королевское
общество:
«24 апреля 1676 г. я
посмотрел на воду
под микроскопом и с
большим удивлением
Рисунок
увидел в ней
бактерий А.
огромное количество
ван Левенгука
мельчайших живых
существ».
Левенгук первым открыл эритроциты, описал
бактерии, дрожжи, простейших, волокна хрусталика,
зарисовал сперматозоиды, строение глаз насекомых
и мышечных волокон. Нашёл и описал ряд
коловраток, почкование гидр и т. п. Открыл
инфузории и описал многие их формы.

25.

26. Научная деятельность Л. Пастера

- при изучении спиртового брожения
установил, что оно - результат
жизнедеятельности дрожжей без доступа
кислорода;
-обнаружил существование "жизни без
кислорода", т. е. анаэробный способ
существования;
- открыл микробную природу
инфекционных болезней животных и
Луи Пастер
человека (болезнь шелковичных червей,
(Louis Pasteur,
сибирская язва, куриная холера,
1822—1895)
бешенство);
основоположник
- создал вакцину против бешенства и др.
современной
«Нет, и еще тысячу раз нет, я не знаю такой науки, которую
микробиологии можно было бы назвать прикладной. Есть наука и есть
ее применения, и они связаны друг с другом, как
и иммунологии области
плод с взрастившим его деревом».

27. Открытие пенициллина

Александер
Флеминг
британский
бактериолог
(1881 – 1955).
Открыл
пенициллин
(1928) и
лизоцим (1922)
Хоуард Уолтер Флори и Дж. Эрнест
Чейн
•Разработали методы выращивания
плесени рода Penicillium и выделения
пенициллина
•Изучили терапевтические свойства
пенициллина
•Флори организовал промышленное
производство пенициллина в США
Отечественный препарат
пенициллина был получен в 1942 году
в лаборатории З.В. Ермольевой.

28.

Зинаида Виссарионовна Ермольева выдающийся микробиолог, создатель
ряда отечественных антибиотиков
К 1942 г. появился первый
советский противомикробный
препарат под названием
Крустозин, а уже в 1943-м его
запустили в массовое
производство. Использование
лекарства в армии резко снизило
смертность, связанную с гнойной
инфекцией.
1898 - 1974
В январе 1944-го в Москву с группой зарубежных учёных приехал тот самый
профессор Флори. Он привёз свой штамм Penicillium и решил сравнить его
с советским. В результате клинических испытаний победу одержал
отечественный пенициллин, оказавшийся едва ли не вдвое эффективнее.

29. Генетическая инженерия

• В 1972 году Пол Берг (р. 1926) с коллегами
синтезировали первую рекомбинантную молекулу
ДНК.
• Первый генномодифицированный микроорганизм
- кишечная палочка с человеческим геном,
кодирующим синтез инсулина, появился на свет в
1973 году.
• в 1980 году американская компания Genentech
начала продажу нового препарата - человеческого
инсулина.
• Немецкие генетики в 1983 году вывели
генномодифицированный табак, устойчивый к
воздействию насекомых-вредителей. Еще через
пять лет, в 1988 году, впервые в истории была
генномодифицированная кукуруза. 100
Пол Берг (р. 1926) посажена
генномодифицированных культур разрешены к
промышленному производству. Наиболее
распространенные – помидоры, соя, кукуруза, рис,
пшеница, арахис, картофель.

30. Биотехнологии через 20 лет

• Широкое распространение различных технологий
выращивания и замены органов
• Массовое использование технологий омоложения (с
помощью стволовых клеток и пр.)
• Большая популярность крионики, обратимое
замораживание крупных биологических объектов.
• Генное лечение, в том числе алкоголизма и наркомании
• Генное программирование организмов, клонирование.

31. Принципиальная схема биотехнологического процесса