биотехнологии и технические системы

1. ВВЕДЕНИЕ В БИОТЕХНОЛОГИЮ

Биотехнологии
и технические
системы

2.

Биотехноло́гия — дисциплина, изучающая
возможности использования живых организмов, их
систем или продуктов их жизнедеятельности для
решения технологических задач

3.

Биотехнология
–
это
промышленное
использование
биологических процессов и систем на основе выращивания
высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и
тканей растений и животных с необходимыми человеку
свойствами.
• Отдельные биотехнологические процессы (хлебопечение, виноделие)
известны с древних времен. Но наибольших успехов биотехнология
достигла во второй половине XX века и приобретает всё большее
значение для человеческой цивилизации.
• Особенностью биотехнологии является то, что она сочетает в себе
самые передовые достижения научно-технического прогресса с
накопленным опытом прошлого, выражающимся в использовании
природных источников для создания полезных для человека
продуктов.
• Любой биотехнологический процесс включает ряд этапов: подготовку
объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и
использование полученных продуктов.
• Многоэтапность и сложность процесса обусловливает необходимость
привлечения к его осуществлению самых разных специалистов:
генетиков и молекулярных биологов, цитологов, биохимиков,
вирусологов, микробиологов и физиологов, инженеров-технологов,
конструкторов биотехнологического оборудования

4. Структура современной биотехнологии

• В современной биотехнологии
используются биологические
системы всех уровней: от
молекулярно-генетического до
биогеоценотического
(биосферного);
• при этом создаются
принципиально новые
биологические системы, не
встречающиеся в природе.
• Биологические системы,
используемые в
биотехнологии, вместе с
небиологическими
компонентами
(технологическое
оборудование, материалы,
системы энергоснабжения,
контроля и управления)
называют рабочими

5.

Объектами
биотехнологии
служат
многочисленные
представители групп живых организмов — микроорганизмы
(вирусы, бактерии, протисты, дрожжи и др.), растения,
животные, а также изолированные из них клетки и
субклеточные
структуры
(органеллы).
Биотехнология
базируется на протекающих в живых системах физиологобиохимических
процессах,
в
результате
которых
осуществляются выделение энергии, синтез и расщепление
продуктов метаболизма, формирование химических и
структурных компонентов клетки.

6. Биотехнология в растениеводстве

• Ученые не только создают высокоурожайные сорта растений,
устойчивые
к
неблагоприятным
факторам,
но
и
разрабатывают биотехнологические пути защиты растений.
На промышленную основу поставлен выпуск биологических
средств борьбы с вредителями на основе использования их
естественных врагов и паразитов, а также токсических
продуктов, образуемых живыми организмами.
Важное место в повышении урожайности растений
отводится биологическим удобрениям, включающим в себя
различные бактерии. Так, азотобактерин обогащает почву не
только азотом, но и витаминами, фитогормонами и
биорегуляторами. Препарат фосфобактерин превращает
сложные органические соединения фосфора в простые,
легко усвояемые растениями.
Все большее распространение получает использование
биогумуса
—
высокоэффективного
естественного
органического удобрения. Как показали исследования,
биогумус существенно повышает плодородие почвы и ее
устойчивость к водной и ветровой эрозии, быстро
восстанавливает плодородие низкоплодородных участков,
улучшает
экологическую
обстановку.
Промышленное
получение биогумуса освоено во многих странах.

7. Метод: культура тканей

Всё
шире
на
промышленной
основе
применяется
метод
вегетативного
размножения сельскохозяйственных растений
культурой тканей. Он позволяет не только
быстро размножать новые перспективные
сорта растений, но и получить незараженный
вирусами посадочный материал.

8. Биотехнология в животноводстве

• В последние годы повышается интерес к дождевым червям
как к источнику животного белка для сбалансирования
кормовых рационом животных, птиц, рыб, пушных зверей, а
также
белковой
добавки,
обладающей
лечебнопрофилактическими свойствами.
• Биотехнология позволяет получать экологически чистые
виды
топлива
путем
биопереработки
отходов
промышленного и сельскохозяйственного производств.
Например, созданы установки, в которых используются
бактерии для переработки навоза и других органических
отходов.
• Для
повышения
продуктивности
животных
нужен
полноценный корм. Микробиологическая промышленность
выпускает
кормовой
белок
на
базе
различных
микроорганизмов - бактерий, грибов, дрожжей, водорослей.
Как показали промышленные испытания, богатая белками
биомасса
одно-клеточных
организмов
эффективно
усваивается сельскохозяйственными животными.
Так, 1т. кормовых дрожжей позволяет сэкономить 5-7 т. зерна.
Это имеет большое значение, поскольку 80% площадей
сельско-хозяйственных угодий в мире отводятся для
производства корма скоту и птице.

9. Основные направления

Белки и
аминокислоты
в добавках
Биологическая
очистка почвы и
воды
Антибиотики,
вакцины
Производство
ферментов,
витаминов
Защита растений
от вредителей
селекция

10.

11. биоинженерия

Биоинженерия
или
биомедицинская
инженерия — это дисциплина, направленная на
углубление знаний в области инженерии, биологии
и медицины и укрепление здоровья человечества за
счет междисциплинарных разработок, которые
объединяют
в
себе
инженерные
подходы
с
достижениями
биомедицинской
науки
и
клинической практики.

12. биомедицина

Раздел
медицины,
изучающий
с
теоретических
позиций
организм
человека,
его
строение
и
функцию
в
норме
и
патологии,
патологические
состояния,
методы
их диагностики, коррекции и лечения.
Биомедицина включает накопленные сведения и исследования, в
большей
или
меньшей
степени
общие медицине, ветеринарии, стоматологии и фундаментальным
естественно-биологическим наукам:
химия, биологическая химия, биология, гистология,
генетика, эмбриология, анатомия, физиология, патология,
биомедицинский инжиниринг, зоология, ботаника и микробиология

13. наномедицина

Слежение, исправление, конструирование и контроль над
биологическими системами человека на молекулярном уровне,
используя наноустройства и наноструктуры В мире уже созданы ряд
технологий для наномедицинской отрасли. К ним относятся адресная
доставка лекарств к больным клеткам, лаборатории на чипе, новые
бактерицидные средства.

14. биофармакология

Раздел
фармакологии,
который
изучает
физиологические
эффекты,
производимые
веществами биологического и биотехнологического
происхождения. Фактически, биофармакология —
это плод конвергенции двух традиционных наук —
биотехнологии, а именно, той ее ветви, которую
именуют «красной», медицинской биотехнологией,
и фармакологии, ранее интересовавшейся лишь
низкомолекулярными химическими веществами, в
результате взаимного интереса.

15. Биоинформатика

• математические методы
компьютерного анализа
в сравнительной геномике
(геномная биоинформатика).
• разработка алгоритмов и
программ для предсказания
пространственной структуры
белков (структурная
биоинформатика).
• исследование стратегий,
соответствующих
вычислительных методологий,
а также общее управление
информационной сложности
биологических систем.
• В биоинформатике
используются
методы прикладной
математики, статистики и инфо
рматики. Биоинформатика
используется
в биохимии, биофизике, эколог
ии и в других областях.

16. бионика

Прикладная наука о применении в технических
устройствах и системах принципов организации,
свойств, функций и структур живой природы, то есть
формы живого в природе и их промышленные
аналоги. Проще говоря, бионика - это соединение
биологии и техники. Бионика рассматривает биологию
и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие
общие черты и какие различия существуют в природе
и в технике.

17. Биоремедиация 

Биоремедиация
Комплекс методов очистки вод, грунтов
и атмосферы с
использованием метаболического
потенциала биологических объектов —
растений, грибов, насекомых, червей и
других организмов.

18. Клонирование 

Клонирование
Появление естественным путем или получение
нескольких генетически
идентичных организмов путем бесполого (в том
числе вегетативного) размножения.
Термин «клонирование» в том же смысле нередко
применяют и по отношению к клеткам
многоклеточных организмов. Клонированием
называют также получение нескольких идентичных
копий наследственных молекул (молекулярное
клонирование). Наконец, клонированием также часто
называют биотехнологические методы, используемые
для искусственного получения клонов организмов,
клеток или молекул.
Группа генетически идентичных организмов или
клеток — клон.

19. гибридизация

Процесс образования или получения гибридов, в
основе которого лежит объединение генетического
материала разных клеток в одной клетке. Может
осуществляться в пределах одного вида (внутривидовая
гибридизация) и между
разными систематическими группами (отдалённая
гибридизация, при которой происходит объединение
разных геномов).
Для первого поколения гибридов часто
характерен гетерозис, выражающийся в лучшей
приспособляемости, большей плодовитости и
жизнеспособности организмов. При отдалённой
гибридизации гибриды часто стерильны.

20. Генная инженерия

Генная инженерия начала развиваться с 1973
года, когда американские исследователи Стэнли Коэн
и Энли Чанг встроили бактериальную плазмиду в
ДНК лягушки. Затем эту трансформированную
плазмиду вернули в клетку бактерии, которая стала
синтезировать белки лягушки, а также передавать
лягушачью ДНК своим потомкам. Таким образом, был
найден метод, позволяющий встраивать чужеродные
гены в геном определенного организма.

21. Развитие генной инженерии не могло не отразиться на производстве препаратов, способствующих скорейшему выздоровлению пациента.

Перспективы развития
биотехнологии