Средоварка

Сайт о промышленной биотехнологии

Понедельник, 21.01.2019, 02:53
Меню сайта
Категории раздела
Биотехнология [13]
Микробиология [23]
Разные статьи [15]
Пищевая промышленность [25]
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Главная » Статьи » Биотехнология

Что такое промышленная биотехнология?

Что такое промышленная биотехнология?


Определения биотехнологии в Интернете
Объекты биотехнологии: от вирусов до человека
Биореакторы
Словарь терминов биотехнологии
Сайты о биотехнологии
Где применяют иммобилизованные ферменты?
Как получают иммобилизованные ферменты?

Биотехнологические процессы применялись людьми за много тысяч лет до появления биотехнологии и науки вообще. Большинство цивилизаций древности пекли хлеб, варили пиво, делали сыр и другие молочнокислые продукты — все, что сейчас относится к промышленной микробиологии.

6000 до н.э. — в Вавилоне впервые записаны рецепты приготовления пива.

3000 до н.э. — развитие шумерского пивоварения.

1814 г. — петербургский академик К. С. Кирхгоф открывает явление биологического катализа.

1891 г. — японский биохимик Дз. Такамине получает первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях.

1916 г. — русский биохимик А. М. Коленев применяет ферменты при производстве табака.

1917 г. — венгерский инженер Карл Эреки впервые вводит термин «биотехнология».

1940 г. — выделен первый антибиотик — пенициллин. Это событие положило начало современной биотехнологии. Химический синтез антибиотиков был настолько сложен и дорог, что требовался принципиально новый способ их получения в промышленных масштабах. Таким способом стало выращивание микроорганизмов, из которых затем выделяли необходимые лекарственные вещества.

 

Области применения

Основные области применения биотехнологии:

  • биогеотехнология
  • биоэнергетика
  •  экология
  •  сельское хозяйство
  • медицина
  • пищевая промышленность

 

Биоэнергетика

Энергетическая проблема – одна из самых актуальных проблем современности, и основной путь ее решения – поиск нетрадиционных источников энергии. Можно ли получать топливо не из дорогого и дефицитного сырья – нети и газа, а из наиболее дешевого и ненужного – отходов? Ведь таким образом будет решена и проблема их утилизации. Существует множество технологий переработки (биоконверсии) отходов промышленности и сельского хозяйства. Под воздействием ферментов содержащаяся в них целлюлоза преобразуется в глюкозу, а из нее можно получать спирт, используемый в качестве топлива. Животноводческие и коммунальные отходы с помощью микроорганизмов превращаются в биогаз (метан) и удобрения. Таким образом мы не только получаем новые источники энергии, но и предотвращаем загрязнение окружающей среды.

 

Биогеотехнология

Некоторые микроорганизмы способны переводить металлы из руды в раствор. Микробным выщелачиванием получают железо, медь, уран как из руды, так и из промышленных отходов. Метаноокисляющие бактерии помогают освобождать шахты от метана при добыче угля. Микробная суспензия подается либо через скважины в угольных пластах, либо прямо в шахте в местах наибольшего выделения газа.

С другой стороны, используются и метаннообразующие бактерии. Выделяемый ими метан повышает давление в нефтяных пластах для более полного извлечения нефти.

 

Сельское хозяйство

Клональное микроразмножение – способ выращивания целого растения из одной клетки. Таким образом из одного кусочка ткани можно получить до миллиона растений в год. Это необходимо для разведения редких и ценных сортов растений. Микроразмножением выращиваются как обычные сельскохозяйственные культуры (картофель, виноград, сахарная свекла, земляника, малина), так и древесных пород (яблоня, ель, сосна).

Применение клеточной инженерии ускоряет выведение новых сортов сельскохозяйственных культур, например хлебных злаков более чем в 3 раза (3-4 года вместо 10-12).

Методом слияния клеток можно получить гибриды растений, не скрещивающихся при обычных условиях. Это не только гибриды разных видов картофеля, томатов, табака. Можно скрестить табак с картофелем, рапс с турнепсом, получая растения с новыми полезными свойствами. Гибрид культурного и дикого картофеля имеет повышенную устойчивость к заболеваниям.

Дрожжи можно успешно использовать для получения кормового белка. Такой белок по содержанию аминокислот превосходит белки животного происхождения. Кроме того, дрожжи содержат ферменты, фосфор, кальций, витамины группы В. Все это улучшает усвояемость и питательную ценность кормов.

 

Медицина

Лекарственные растения содержат разнообразные ценные вещества, но количество их в растении обычно очень мало. Методы клеточной инженерия позволяют выращивать в искусственных условиях отдельные клетки растений. Такие клетки растут на обычных питательных средах, накапливая в несколько раз больше целевых веществ, чем само растение. Биомасса растений выращивается в промышленных масштабах для парфюмерии и медицины. Таким способом выращиваются редкие растения: женьшень, родиола розовая, диоскорея, раувольфия.

Живые эквиваленты тканей и органов могут быть выращены в лабораторных условиях на основе их клеток. Выращенные таким образом ткани могут использоваться для замены и восстановления поврежденных органов. Уже успешно выращиваются клетки кожи для лечения повреждений кожного покрова, особенно ожогов.

Высокоспецифичные сыворотки для выявления вирусов созданы на основе гибридных клеток, производящих индивидуальные, или моноклональные, антитела. Они используются для диагностики заболеваний как человека, так и животных и растений.

Инсулин – гормон, необходимый для лечения сахарного диабета. Традиционно его получали из поджелудочных желез убойного скота, что очень сложно и дорого. Кроме того, инсулин животных отличается от человеческого и активность его ниже. Еще один его недостаток – накопление в организме антител к нему, как к чужеродному белку. Химический же синтез инсулина слишком сложен и дорог, чтобы его можно было реализовать в промышленных масштабах. Именно поэтому задача синтеза человеческого инсулина была решена средствами генетической инженерии. Сначала был выделен ген, обеспечивающий синтез инсулина в организме человека. Затем этот ген ввели в бактериальную клетку, ставшую таким образом продуцентом человеческого гормона.

Ген белка интерферона был введен в клетку кишечной палочки, что позволило начать выпуск противовирусного препарата. В организме человека интерферон обеспечивает защиту от вирусных инфекций. Одновременно этот белок обладает противоопухолевой активностью. Раньше его можно было получать только из донорской крови.

Гормон роста человека также был создан путем внедрения человеческого гормона в бактериальную клетку. Ген был встроен в более сложную молекулу ДНК, которую затем ввели в генетический аппарат бактерии.

 

Пищевая промышленность

С помощью микробиологического синтеза можно получать пищевой белок, по своим свойствам не уступающий (а иногда и превосходящий) животный белок. Содержание белка в бактериальной клетке огромно – до 70-80% ее массы. При этом скорость его синтеза в 10-100 раз больше, чем у обычных сельскохозяйственных животных. Из микробного белка можно сформировать волокна, которые при использовании соответствующих добавок могут имитировать любой белковый продукт. Это могут быть мясо, молоко, сыры и др.

Из 20 аминокислот, необходимых организму человека, 8 он не может синтезировать самостоятельно и должен получать с пищей. Для повышения питательной ценности продуктов используют лизин и метионин. Эти питательные добавки в больших объемах получают микробиологическим способом.

Некоторые аминокислоты применяют в качестве ароматических и вкусовых добавок. Глутамат натрия добавляют для усиления вкуса мясных продуктов. Глицин обладает освежающим, сладким вкусом, поэтому его используют как компонент сладких напитков. Цистеин предотвращает подгорание пищи, применяется как добавка при хлебопечении. Искусственный подстластитель – метиловый эфир L-аспартил-L-фенилаланина – в 150 раз слаще глюкозы.

Процессы брожения, вызываемые микроорганизмами являются неотъемлемой частью многих пищевых производств. Брожение используется при получении хлеба, сыра, вина, пива, творога и др. Также широко применяется ферментация в молочной промышленности. При сбраживании лактозы получаются сметана, йогурт, сыр. Для всех этих процессов необходимы чистые культуры микроорганизмов – закваски.  

 

Объекты биотехнологии

·       микроорганизмы

·       клетки растений, животных, человека

·       свободные и иммобилизованные ферменты

·       иммобилизованные клетки

 

Преимущества

Эффективность Химические процессы протекают в живых организмах намного эффективнее, чем в обычных производствах. Ферменты ведут те же превращения при более низких температурах.

Экологичность Отходы, образуемые микроорганизмами, биоразрушаемы и легко утилизируются. При этом образуется значительно меньше токсичных веществ.

Нетребовательность к сырью Биокатализаторы высокоизбирательны и требуют менее очищенного сырья.

Низкое энергопотребление Реакции, катализируемые биологическими объектами, протекают при более мягких условиях: температуре около 37°С, атмосферном давлении, в водных растворах. Поэтому проведение таких процессов требует намного меньших энергетических затрат.

 

Перспективы

Важной задачей является освоение микробиологического производства тех продуктов, которые сейчас получаются химическим синтезом. Это ацетон, спирты, органические кислоты, окись пропилена и др. Спирт в качестве горючего более эффективен и экологичен, чем бензин. Кроме того, биологическое сырье является заменой невозобновимого сырья – нефти, газа, угля.

Также востребованными остаются биологические соединения: медицинские препараты, кормовой и пищевой белок, добавки, аминокислоты. 

Биотехнология создает возможности решения наиболее актуальных проблем современности: экологии (мониторинг и очистка загрязнений), питания (получение пищевого белка), энергетики (переход с невосполнимых ресурсов на восполнимые).

Биотехнология – поворотный этап в развитии промышленности и человечества в целом. Возможности ее далеко еще не исчерпаны.

 

 

Источники: ru.wikipedia.org, biotechnolog.ru, ru.science.wikia.com, sbio.info, megabook.ru.

 

Категория: Биотехнология | Добавил: Irina (07.07.2013)
Просмотров: 4021 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Вход на сайт
Поиск
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz