Объекты биотехнологии (биологические системы, используемые в биотехнологии)

Таким образом, методы биохимии не являются достаточно универсальными, но тем не менее позволяют решать многие задачи.

4. Использование биологических объектов
Применение биотехнологии нашло свое отражение в различных отраслях, начиная с пищевой и заканчивая фармацевтической. Невозможно представить молочнокислое брожение без бактериальных организмов, таким как Lactobacillus, Leuconostoc, Bifidobacterium, Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus. S. cerevisiae различных рас являются главными разрыхлителями теста, что особенно важно в хлебопечении [9, 30].
Вирусы применяются для производства многочисленных препаратов (сывороток, вакцин, антибиотиков, интерферонов и т.д.). Активно и широко они применяются в работах по генной инженерии, канцерогенезу, для исследования структуры и функции генов [18]. Например, ДНК- и РНК-содержащие вирусы животных используются в качестве векторов необходимых для переноса чужеродной генетической информации в клетку донора. К ним относят аденовирусы (Adenoviridae), полиомавирусы (Polyomaviridae), вирусы папилломы (Human papillomavirus), вирус осповакцины (Poxviridae), а среди РНК-содержащих – ретровирусы (Retroviridae).
Используя генную инженерию получают трансгенные или генетически модифицированные вирусы, активно применяемые в биотехнологии. Например, получение вирусных энтомопатогенных препаратов (вирин ЭКС против капустной совки, АББ против американской белой бабочки) заключающееся в заражении насекомого на стадии гусеницы путем добавления вирусной суспензии в корм.
Полезным инструментом для разрешения разных биотехнологических задач являются и микроорганизмы. Активно размножаясь в определенном диапазоне температур, могут быть источником генов, кодирующих термостабильные ферменты, которые применяются в промышленных или в лабораторных процессах. Психротрофы, претерпевающие генетические видоизменения, используют для биодеградации токсичных отходов, содержащихся в почве и воде в условиях низких температур.
Использование растений в качестве биологических объектов в биотехнологии направлено на сохранение лекарственных, редких или исчезающих растений путем создания коллекций в условиях лаборатории. Например, клетки диоскореи дельтовидной (Dioscorea deltoidea Wall.) содержат стероидные гликозиды (сапонины) с диосгенином. Родина этого растения Индия, где в настоящее время в дикорастущем виде оно практически исчезло. Вещества, которые продуцируются этими клетками, имеют сильные иммуностимулирующие свойства. Кроме клеточных культур D. deltoidea широко используются в биотехнологии клетки мандрагоры, люцерны, мака и других растений, продуцирующих полезные лекарственные вещества. Кроме этого, биотехнологические методы применяют для облегчения селекционного процесса и созданию новых видоизмененных форм растений. А на основании изучения морфогенеза in vitro создана технология микроклонального размножения растений для быстрого и эффективного размножения ценных генотипов, которая в настоящее время является успешной коммерческой областью сельского хозяйства. Для современной медицины наиболее актуальным остается использование растений и получение биологически активных веществ растительного происхождения. Например, препараты с противоопухолевой активностью, средства относящиеся к адаптогенам, иммуностимуляторам и т.д. [1, 8, 23].
Клетки животных организмов являются основой для получения лекарственных средств. Например, на культуре клеток почек зеленых мартышек (обезьян) и фибробластов (донорская кровь) человека усовершенствовано производство осповакцины и вакцины против полиомиелита, что позволило обеспечить качественными и действенными профилактическими препаратами и ликвидировать натуральную оспу, свести к минимуму такое заболевание как полиомиелит. Успешно работает сегодня и технология получения интерферона, основанная на культивировании лейкоцитов человека из донорской крови [6].
Многоклеточные водоросли используют как кормовую добавку и в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Их биомасса привносит в почву фосфор, калий, йод и значительное количество других микроэлементов, обогащает ее бактериальную, в том числе азотфиксирующую, микрофлору. Преимущества такого удобрения в том, что в почве водоросли разлагаются гораздо быстрее, чем органические удобрения, и с ними не вносятся семена сорняков, личинки вредителей, споры патогенных для растений грибов.
Красные водоросли (Gracilaria, Gelidium) единственные источники получения агара, агароидов, каррагинина, альгинатов. Этот полисахарид, присутствует в их оболочках и состоит из агарозы и агаропектина. Количество его доходит до 30-40 % от веса водорослей [13].
Соли альгиновой кислоты (альгинаты), получаемые из бурых водорослей, применяют в различных отраслях. Это и изготовление высококачественных смазок для автомобилестроения, медицинских и парфюмерных мазей и кремов, синтетических волокон и пластиков, стойких к любой погоде лакокрасочных покрытий, тканей, клеящих веществ, строительных материалов, пищевых продуктов, стабилизаторов растворов и многое другое.
В качестве ценного белкового корма для свиней и домашней птицы, рыб, ондатры используют представителей семейства рясковых (Lemnaceae). Например, Lemna minor, L. trisulca, Wolfia, Spirodela polyrhiza. Их применяют и в сухом, и в свежем виде. Рясковые содержат много протеина (до 45 % от сухой массы), углеводов, жиров, клетчатки и т.д. Они неприхотливы в культуре и высокопродуктивны, обладают фильтрационными свойствами воды и обогащением её кислородом [6].
Метод культуры тканей позволяет создать хорошо воспроизводимую биологическую модель для изучения опухолевого роста. Для выявления структурных и метаболических особенностей опухолевой ткани ее сравнивают с нормальной тканью того же растения. Культура клеток широко используется для изучения генетики соматических клеток. В этих исследованиях наряду с моделями, близкими по характеристикам к клеткам интактного растения, широко используются модельные системы, созданные методами клеточной и генетической инженерии. Этими методами получают гибридные клетки с самыми разными сочетаниями информационных систем не только ядер, но и хлоропластов и митохондрий [26].
Культура клеток и тканей также служит моделью для изучения устойчивости растений к различным неблагоприятным факторам окружающей среды: абиотическим (засолению, кислой среде, низким температурам и т.д.) или биотическим факторам (патогены разного происхождения, вызывающие болезни растений и др.) [25]. На культивируемых клетках и тканях исследуются различные аспекты фитопатологии, физиологии и биохимии больного растения. Этот подход позволяет наблюдать прямую реакцию растительной клетки на воздействие патогена. Однако при использовании культуры клеток и тканей для моделирования физиологических процессов важно помнить, что клетки в системе in vitro и в живом организме не всегда равноценны.


Заключение
В биотехнологии, используется довольно широкий спектр различных объектов, разнообразных биологических систем, начиная с вирусов и заканчивая многоклеточными растительными и животными организмами. С течением времени поиск новых объектов с новыми свойствами не прекращается. Это процесс длительный и обусловлен потребностями современного рынка и запросам общества.
Методы биотехнологии имеют гораздо большее преимущество по сравнению с химическими. Позволяют синтезировать многие сложные органические молекулы (белки, антибиотики) без посторонних примесей, обеспечивают значительно больший выход конечного продукта. С помощью таких технологий возможно создание уникальных форм растений с новыми свойствами. А самое важное - сохранять редкие и исчезающие виды растений и животных путем создания генетических банков и сохранения в клеточных культурах.
Использование биологических объектов находит свое отражение в абсолютно различных областях. В медицине это создание и получение лекарственных средств, вакцин, тканей, гормонов и т.д. В сельском хозяйстве это улучшение кормовой базы, применение микроорганизмов в качестве биодеструкторов, получение дешевого и оздоровленного посадочного материала, а также культур с улучшенными видовыми и сортовыми качествами. В пищевой промышленности на биохимических способах основываются все технологические процессы. Например, производство любой молочнокислой продукции невозможно представить без молочнокислых бактерий.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Сохранение биологического разнообразия растений в культуре ткани in vitro и его рациональное использование / Т.И. Фоменко, В.Н. Решетников, Л.Г. Бердичевец, В.Л. Филипеня, Т.В. Мазур, Н.Г. Брель, О.Н. Козлова, И.Ф. Вайновская, И.М. Чумакова, В.И. Горбацевич // Центральный ботанический сад НАН Беларуси: сохранение, изучение и использование биоразнообразия мировой флоры. – Минск, 2012. – С. 265 – 276.
Беккер М.Е. Введение в биотехнологию / М.Е. Беккер – Рипол Классик, 1978. - 232 с.
Хиггинс И. Биотехнология. Принципы и применение / И. Хиггинса, Д.Беста, Дж. Джонса. – М.: Мир, 1988. – 480 с.
Егоров Н.С. Биотехнология: Учебное пособие для вузов. Проблемы и перспективы / Н.С. Егоров, А.В. Олескин, В.Д. Самуилов. – М.: Высшая школа, 1987. – 159 с.
Бутенко Р.Г. Биотехнология: Учебное пособие для вузов. Проблемы и перспективы / Р.Г. Бутенко, М.В. Гусев, А.Ф. Киркин и др.; под редакцией С. Егорова, В.Д. Самуилова. – М.: Высшая школа, 1987. – 159 с.
Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии / В.В. Бирюков. – М.: КолосС, 2004. – 296 с.
Борисов Д.А., Проценко М.В., Печенкин А.В. Перспективы развития рынка биотехнологических лекарственных средств в России //Фармакоэкономика. Современная фармакоэкономика и фармакоэпидемиология / Д.А. Борисов. – 2011. – Т. 4. – №. 3. – С. 34 – 35.
Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе: учебное пособие / Р.Г. Бутенко - М.: ФБК-Пресс, 1999. - 160с.
Волова Т.Г. Биотехнология / Т.Г. Волова. – Новосибирск: Изд-во Сибирского от-я РАН, 1999. – 252 с.
Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак, пер. с англ. – М.: Мир, 2002. – 589 с.
Громова Н.Ю., Кронов Д.М. Стандартизация новогаленовых препаратов как способ регулирования энергетических затрат производства // Вестник студенческого научного общества. – СПб., 2015. – Ч. 1. – С. 380–381.
Дитченко Т.И. Культура клеток, тканей и органов растений: курс лекций /Т.И. Дитченко. – Минск: БГУ, 2007. – 102 с.
Игнатова Т.А. Разработка технологии комплексной переработки красных водорослей-агарофитов родов Gracilaria, Gracilariopsis, Gelidium : Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.18.04. – Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, Москва, 2011 - 24 с.
Катлинский А.В. Курс лекций по биотехнологии /А.В. Катлинский, Сазыкин Ю.О., Орехов С.Н., Чакалева И.И. – М.: Москов. мед. акад. им. ИМ Сеченова, 2005. – 150 с.
Келдыш М.А. Вирусы, вироиды и микоплазмы растений / М.А. Келдыш, Ю.И. Помазков. – Изд-во Рос. ун-та дружбы народов, 2003. - 156 с.
Кокшарова О.А. Применение методов молекулярной генетики и микробиологии в экологии и биотехнологии цианобактерий //Микробиология. – 2010. – Т. 79. – №. 6. – С. 734-747.
Колонцов А.А. Вироиды, их признаки и вредоносность / А.А. Колонцов, В.Г Заец //Агро XXI. – 2006. – №. 7-9. – С. 19-22.
Краснопольский Ю.М. Фармацевтическая биотехнология. Технология производства иммунобиологических препаратов / Ю.М. Краснопольский, М.И. Борщевская. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2009. – 352 с.
Кухарева Л.В. Перспективы развития лекарственного и пряно-ароматического растениеводства в Беларуси / Л.В. Кухарева, В.Н. Решетников, И.К. Володько // Тр. Белорус. гос. ун-та. Сер. Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем. – 2009. – Т. 4, Ч. 2. – С. 164 – 167.
Малиновский В.И. Вироиды – мельчайшие патогены растений (обзор) //Сельскохозяйственная биология. – 2009. – Т. 44. – №. 5. – С. 17-24.
Носов А.М. Использование клеточных технологий для промышленного получения биологически активных веществ растительного происхождения / А.М. Носов // Биотехнология. – 2010. – № 5. – С. 8 – 28.
Желдакова Р.А. Основы биотехнологии / Р.А. Желдакова, В.Е. Мямин, Е.И. Игнатенко, Ю.В. Селезнева – Мн: БГУ, 2009. – 48 с.
Батыгина Т.Б. От микроспоры к сорту /Т.Б. Батыгина, Н.Н. Круглова, В.Ю. Горбунова, Г.Е. Титова, О.А. Сельдимирова. – М.: Наука, 2010. – 172 с.
Пассет Б.А. Технология химико-фармацевтических препаратов и антибиотиков / Б.А. Пассет, В.Я. Воробьева. – М.: Медицина, 1977. – 430 с.
Пашкова Е.В. Биотехнология получения и применения защитно-стимулирующих препаратов в растениеводстве / Е.В. Пашкова, Е.А. Скорбина, Безгина Ю.А., Е.В. Волосова, А.Н. Шипуля //Современные проблемы науки и образования. – 2014. – №. 2. – С. 521-521.
Пинаев Г.П. Клеточная биотехнология: учебно-методическое пособие / Г.П. Пинаев, М.И. Блинова, Н.С. Николаенко, Г.Г. Полянская, Т.Н. Ефремова, Н.С. Шарлаимова, Н.А. Шубин. – СПб: Политехнический университет, 2011. – 224 с.
Решетникова О.В. Биотехнология культивирования вирусов / О.В. Решетникова //Актуальные вопросы теории и практики современной биотехнологии. – 2015. – С. 155-161.
Салова Т.Ю. Теоретические аспекты получения биологически активных веществ из растительного и животного сырья / Т.Ю Салова, Н.Ю. Громова //Успехи современного естествознания. – 2016. – №. 3. – С. 39-43.
Сытников Д.М. Биотехнология микроорганизмов азотфиксаторов и перспективы применения препаратов на их основе / Д.М. Сытникова //Biotechnologia Acta. – 2012. – Т. 5. – №. 4. – С. 34 – 46.
Тихомирова Н.А. Биотехнологии в производстве молочных продуктов / Н.А. Тихомирова //Молочная промышленность. – 2014. – №. 11. – С. 24-27.
Тренин А. С. Микробная модель Halobacterium salinarum для поиска ингибиторов биосинтеза стеролов / А.С Тренин //Антибиотики и химиотерапия. – 2013. – Т. 58. – №. 5– 6. – С. 3 –10.
Тюкавкина Н.А. Биоорганическая химия / Н.А Тюкавкина, Ю.И. Бауков. – М.: ДРОФА, 2005. – 542 с
Феофилова Е.П. Споры грибов: покой, прорастание, химический состав и значение для биотехнологии (обзор) / Е.П. Фефилова, А.А. Ивашечкин, А.И. Алёхин, Я.З. Сергеева //Прикладная биохимия и микробиология. – 2012. – Т. 48. – №. 1. – С. 5.








17