100 روبيةمكافأة للطلب الأول

حدد نوع العمل عمل الدبلوم عمل الدورة التدريبية ملخص أطروحة الماجستير تقرير الممارسة تقرير المقال مراجعة العمل الاختباري دراسة حل المشكلات خطة العمل إجابات على الأسئلة العمل الإبداعي مقال الرسم المقالات ترجمة العروض التقديمية الكتابة أخرى زيادة تفرد النص أطروحة الماجستير العمل المختبري المساعدة عبر الإنترنت

تعرف على السعر

أهداف التكنولوجيا الحيوية هي الأجزاء الفردية من الخلايا (الميتوكوندريا، الريبوسومات، الكروموسومات، الأغشية، وما إلى ذلك)، والخلايا نفسها ومجموعاتها - مزارع الخلايا، والكائنات الحية الدقيقة الفردية (الفطريات، والطحالب، والبكتيريا، والأوالي، والفيروسات، وما إلى ذلك)، و مستعمراتها، فضلا عن الكائنات الحية الدقيقة النباتية والحيوانية متعددة الخلايا المستقلة. وتمتد نطاقاتها من الفيروسات إلى البشر. لتنفيذ عمليات التكنولوجيا الحيوية، المعلمات الهامة للأشياء البيولوجية هي: التنظيف، ومعدل تكاثر الخلايا وتكاثر الجزيئات الفيروسية، ونشاط واستقرار الجزيئات الحيوية. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه عند تهيئة الظروف المواتية لكائن بيولوجي محدد للتكنولوجيا الحيوية، قد تكون نفس الظروف مواتية لتلويث الميكروبات أو الملوثات. ممثلو البكتيريا الملوثة هم الفيروسات والبكتيريا والفطريات الموجودة في مزارع الخلايا النباتية والحيوانية. وهنا، تعمل الملوثات الميكروبية كآفات لإنتاج التكنولوجيا الحيوية.

الكائنات الحية الدقيقة هي إبداعات الطبيعة المثالية بشكل مثير للدهشة. الخلية الميكروبية قادرة على العيش والتكاثر، وغالبًا ما تستخدم فقط ركيزة عضوية واحدة وأملاح معدنية كمصدر للتغذية. البكتيريا قادرة على العيش في الظروف الهوائية واللاهوائية عند درجات حرارة قريبة من 0 و+80 درجة مئوية.

النمو السريع لسكان كوكبنا واستنفاد الموارد الطبيعية - مصادر الغذاء والأعلاف والمواد الخام لصناعة المعالجة - لا يسمحان بتنمية الاقتصاد الوطني باستخدام الأساليب التقليدية. وهذا يحدد أهمية تطوير عمليات التكنولوجيا الحيوية اليوم ويسمح لنا باعتبارها الأكثر واعدة.

أحد المفاهيم الرئيسية في التكنولوجيا الحيوية هو مفهوم "النظام الحيوي". يمكن اختزال الخصائص العامة للنظام البيولوجي (النظام الحي) إلى ثلاث خصائص.

• 1. الأنظمة الحية هي أنظمة مفتوحة غير متجانسة تتبادل المواد والطاقة مع البيئة.
• 2. هذه الأنظمة تتمتع بالحكم الذاتي والتنظيم الذاتي، وقادرة على تبادل المعلومات مع البيئة للحفاظ على بنيتها والتحكم في العمليات الأيضية.
• 3. الأنظمة الحية تتكاثر ذاتيًا.

تشمل الأنظمة والأشياء البيولوجية التي تستخدمها التكنولوجيا الحيوية الكائنات وحيدة الخلية، ومن بينها مجموعات الخلايا بدائية النواة (الفيروسات)، بدائيات النوى (البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة) وحقيقيات النوى (الفطريات والأوالي والطحالب). وتتراوح أحجامها من نانومتر (الفيروسات والعاثيات البكتيرية) إلى ملليمترات وسنتيمترات (الطحالب العملاقة). بالإضافة إلى ما سبق، يتم استخدام خلايا وأنسجة النباتات والحيوانات والبشر، والمواد ذات الأصل البيولوجي (مثل الإنزيمات والبروستاجلاندين والبكتين والأحماض النووية) ككائنات للتكنولوجيا الحيوية.

يتم تحديد اختيار هذه الكائنات من خلال النقاط التالية:

• 1. الخلايا هي نوع من "المصانع الحيوية" التي تنتج منتجات قيمة مختلفة في عملية النشاط الحيوي: البروتينات والدهون والكربوهيدرات والفيتامينات. نواة. الأحماض والمضادات الحيوية والأجسام المضادة والإنزيمات والكحوليات وما إلى ذلك. والعديد من هذه المنتجات، الضرورية للغاية للإنسان، ليست متاحة بعد للإنتاج بطرق "غير تكنولوجية حيوية" بسبب ندرة المواد الخام أو ارتفاع تكلفتها أو تعقيدها من العمليات التكنولوجية.
• 2. تتكاثر الخلايا بسرعة كبيرة. وهكذا فإن الخلية البكتيرية تنقسم كل 20-60 دقيقة، وخلية الخميرة تنقسم كل 1.5-2 ساعة، والخلية الحيوانية تنقسم كل 24 ساعة، مما يجعل من الممكن النمو صناعيا في وقت قصير نسبيا على وسائل صناعية رخيصة نسبيا وغير ناقصة. الوسائط المغذية. مقاييس كميات هائلة من الكتلة الحيوية للخلايا الميكروبية والحيوانية والنباتية. في عملية نشاط الحياة أثناء زراعتها، تدخل كمية كبيرة من المنتجات القيمة إلى البيئة.
• 3. يعد التخليق الحيوي للمواد المعقدة مثل البروتينات والمضادات الحيوية والمستضدات وما إلى ذلك أسهل بكثير وأرخص من التخليق الكيميائي. كمواد خام للتخليق الحيوي، يتم استخدام النفايات الزراعية وصيد الأسماك وصناعة الأغذية والمواد النباتية (الخميرة والخشب وما إلى ذلك).
• 4. إمكانية تنفيذ عملية التكنولوجيا الحيوية على نطاق صناعي، أي. توافر المعدات التكنولوجية المناسبة، وتوافر المواد الخام، وتقنيات المعالجة.

يتم تحديد الطرق المستخدمة في التكنولوجيا الحيوية على مستويين: الخلوية والجزيئية. كلاهما يتم تحديدهما بواسطة الأشياء البيولوجية.

في الحالة الأولى، يتم التعامل مع الخلايا البكتيرية (لإنتاج مستحضرات اللقاحات)، والشعيات (لإنتاج المضادات الحيوية)، والميكروميسيتات (لإنتاج حامض الستريك)، والخلايا الحيوانية (لإنتاج اللقاحات المضادة للفيروسات)، والبشرية. الخلايا (لإنتاج الإنترفيرون)، الخ.

وفي الحالة الثانية، يتعاملون مع الجزيئات، على سبيل المثال، الأحماض النووية. ومع ذلك، في المرحلة النهائية، يتحول المستوى الجزيئي إلى المستوى الخلوي.

عند اختيار كائن بيولوجي، في جميع الحالات، من الضروري مراعاة مبدأ قابلية التصنيع. وبالتالي، إذا لم يتم الحفاظ على خصائص الكائن البيولوجي خلال دورات الزراعة العديدة أو لم تخضع للتغييرات، فيجب اعتبار هذا الكائن منخفض التقنية، أي. غير مقبول للتطورات التكنولوجية التي تلي مرحلة الأبحاث المختبرية.

يولي العلماء اهتمامًا كبيرًا بالخلق الهادف كائنات بيولوجية جديدة غير موجودة في الطبيعة.بادئ ذي بدء، تجدر الإشارة إلى إنشاء خلايا جديدة من الكائنات الحية الدقيقة والنباتات والحيوانات باستخدام أساليب الهندسة الوراثية. وبطبيعة الحال، يتم تسهيل إنشاء كائنات بيولوجية جديدة من خلال تحسين الحماية القانونية للاختراعات في مجال الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية بشكل عام. تم تشكيل اتجاه يتعامل مع بناء الخلايا الاصطناعية. توجد حاليًا طرق تتيح الحصول على خلايا اصطناعية باستخدام مواد اصطناعية وبيولوجية مختلفة، على سبيل المثال، غشاء خلية اصطناعي له نفاذية معينة وخصائص سطحية. يمكن احتواء بعض المواد داخل هذه الخلايا: أنظمة الإنزيمات، ومستخلصات الخلايا، والأجسام المضادة، والهرمونات، والخلايا البيولوجية، وما إلى ذلك.

على سبيل المثال، أدى استخدام الخلايا الاصطناعية إلى نتائج إيجابية في إنتاج الإنترفيرون والممتصات المناعية.

كما يستخدم العلماء الكائنات اللاهوائية.تجذب العمليات اللاهوائية انتباه الباحثين بسبب نقص الطاقة وإمكانية إنتاج الغاز الحيوي.

تُستخدم الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية بنجاح لمعالجة النفايات (الكتلة الحيوية النباتية، ونفايات صناعة الأغذية، والنفايات المنزلية، وما إلى ذلك) ومياه الصرف الصحي (مياه الصرف الصحي المنزلية والصناعية، والسماد) وتحويلها إلى غاز حيوي.

على النحو التالي من كل ما سبق، في عمليات التكنولوجيا الحيوية، من الممكن استخدام عدد من الكائنات البيولوجية التي تتميز بمستويات مختلفة من التعقيد: الخلوية، تحت الخلوية، الجزيئية. يعتمد النهج المتبع في إنشاء نظام التكنولوجيا الحيوية بأكمله ككل على خصائص كائن بيولوجي معين.

الهدف الرئيسي لعملية التكنولوجيا الحيوية هو الخلية. يتم تصنيع المنتج المستهدف فيه. في جوهرها، الخلية عبارة عن مصنع كيميائي مصغر حيث يتم تصنيع مئات المركبات المعقدة كل دقيقة.

أساس إنتاج التكنولوجيا الحيوية الحديثة هو تخليق مواد مختلفة باستخدام الخلايا الميكروبية. لم يتم بعد استخدام خلايا النباتات والحيوانات العليا على نطاق واسع، وذلك بسبب متطلباتها العالية في ظروف الزراعة.

المرحلة الأولى من تطور التكنولوجيا الحيويةيتلقى زراعة الخلايا والأنسجة النقية.وتتميز المزيد من التلاعب بهذه الثقافات بتوحيد الأساليب القائمة على الأساليب الميكروبيولوجية الكلاسيكية. في هذه الحالة، يتم تشبيه ثقافات الخلايا والأنسجة للنباتات والحيوانات العليا بثقافات الكائنات الحية الدقيقة.

حقيقيات النوى و بدائيات النوى.معظم الكائنات الحية الدقيقة هي كائنات وحيدة الخلية. يتم فصل الخلية الميكروبية عن البيئة الخارجية بواسطة جدار الخلية، وفي بعض الأحيان فقط بواسطة غشاء السيتوبلازم، وتحتوي على هياكل تحت خلوية مختلفة. هناك نوعان رئيسيان من البنية الخلوية، ويختلفان عن بعضهما البعض في عدد من الخصائص الأساسية. هذه هي الخلايا حقيقية النواة وبدائية النواة. تسمى الكائنات الحية الدقيقة التي لها نواة حقيقية حقيقيات النوى (الاتحاد الأوروبي - من اليونانية - صحيح، كاريو - النواة). تصنف الكائنات الحية الدقيقة ذات الأجهزة النووية البدائية على أنها بدائيات النوى (ما قبل النووية).

بين الكائنات الحية الدقيقة إلى بدائيات النوىتشمل البكتيريا، الشعيات والطحالب الخضراء المزرقة (البكتيريا الزرقاء)، إلى حقيقيات النوى- الطحالب الأخرى (الأخضر، البني، الأحمر)، الفطريات الفطرية (العفن الغروي)، الفطريات السفلية - الفطريات الدقيقة (بما في ذلك الخميرة)، البروتوزوا (السوطيات، الهدبيات، إلخ).

الخاصية المشتركة بينهم هي صغر حجمهم، ولا يمكن رؤيتهم إلا من خلال المجهر. حاليا، أكثر من 100 ألف نوع من الكائنات الحية الدقيقة المختلفة معروفة.

لا تخضع بدائيات النوى لعمليات الانقسام والانقسام الاختزالي. تتكاثر في كثير من الأحيان عن طريق انقسام الخلايا البسيط.

في خلية حقيقية النواةهناك نواة مفصولة عن السيتوبلازم المحيط بها بواسطة غشاء نووي مكون من طبقتين مع مسام. تحتوي النواة على 1-2 نواة - مراكز تخليق الحمض النووي الريبي الريباسي والكروموسومات - الناقلات الرئيسية للمعلومات الوراثية، التي تتكون من الحمض النووي والبروتين. أثناء الانقسام، يتم توزيع الكروموسومات بين الخلايا الوليدة نتيجة للعمليات المعقدة - الانقسام والانقسام الاختزالي. يحتوي السيتوبلازم في حقيقيات النوى على الميتوكوندريا، وفي الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي، تحتوي على البلاستيدات الخضراء. يمر الغشاء السيتوبلازمي المحيط بالخلية داخل السيتوبلازم إلى الشبكة الإندوبلازمية. هناك أيضًا عضوي غشائي - جهاز جولجي.

الخلايا بدائية النواةأبسط. ليس لديهم حدود واضحة بين النواة والسيتوبلازم، ولا يوجد غشاء نووي. لا يشكل الحمض النووي في هذه الخلايا هياكل مشابهة للكروموسومات حقيقية النواة. لا تخضع بدائيات النوى لعمليات الانقسام والانقسام الاختزالي. لا تشكل معظم بدائيات النوى عضيات داخل الخلايا محاطة بأغشية؛ ولا توجد ميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء.

اختيار أشكال الكائنات الحية الدقيقة ذات الخصائص المحددة

يتضمن اختيار أشكال الكائنات الحية الدقيقة ذات الخصائص المرغوبة والضرورية للزراعة عدة مراحل.

2.1. عزل الكائنات الحية الدقيقة.يتم أخذ العينات من بيئات الكائنات الحية الدقيقة (التربة، بقايا النباتات، الخ). فيما يتعلق بالكائنات الحية الدقيقة المؤكسدة للهيدروكربون، يمكن أن يكون هذا المكان هو التربة القريبة من محطات الوقود، وتوجد خميرة النبيذ بكثرة في العنب، وتعيش الكائنات الحية الدقيقة المتحللة للسليلوز اللاهوائي والميثان بكميات كبيرة في كرش الحيوانات المجترة.

2.2. الحصول على ثقافات التخصيب.يتم إدخال العينات في وسائط مغذية سائلة ذات تركيبة خاصة، مما يخلق ظروفًا مواتية لتطور المنتج (درجة الحرارة، الرقم الهيدروجيني، مصادر الطاقة، الكربون،
النيتروجين، الخ). لتجميع منتج أوكسيديز الكوليسترول، يتم استخدام الوسائط التي تحتوي على الكوليسترول كمصدر وحيد للكربون؛ الكائنات الحية الدقيقة المؤكسدة للهيدروكربون - البيئات التي تحتوي على البارافينات؛ منتجو الإنزيمات المحللة للبروتين أو المحللة للدهون - الوسائط التي تحتوي على البروتينات أو الدهون.

2.3. عزل الثقافات النقية.يتم تلقيح عينات من ثقافات التخصيب على الوسائط المغذية الصلبة. يتم عزل الخلايا الفردية للكائنات الحية الدقيقة على الوسائط المغذية الصلبة
المستعمرات أو المستنسخات، عند إعادة زرعها، يتم الحصول على مزارع نقية تتكون من خلايا من نوع واحد منتج.

هناك طريقة أخرى لاختيار الكائنات الحية الدقيقة وهي من المجموعات الموجودة.على سبيل المثال، غالبا ما يكون منتجو المضادات الحيوية هم الفطريات الشعاعية والإيثانول - الخميرة.

استنساخ- الثقافة التي تم الحصول عليها من خلية واحدة، ثقافه نقية- مجموعة من الأفراد من نوع واحد من الكائنات الحية الدقيقة، سلالات- محاصيل معزولة عن بيئات طبيعية مختلفة أو عن نفس البيئة في أوقات مختلفة.

2.4. تحديد القدرة على تصنيع المنتج المستهدف -المعيار الرئيسي عند اختيار المنتجين. يجب أن تستوفي الكائنات الحية الدقيقة المتطلبات التالية:

1) معدل نمو مرتفع.

2) استخدام ركائز رخيصة مدى الحياة؛

3) أن تكون مقاومة للعدوى بالميكروبات الأجنبية.

تتميز الكائنات وحيدة الخلية بمعدلات أعلى من العمليات الاصطناعية مقارنة بالنباتات والحيوانات الأعلى. وبالتالي، فإن البقرة التي تزن 500 كجم تصنع حوالي 0.5 كجم من البروتين في يوم واحد. ويمكن الحصول على نفس الكمية من البروتين في يوم واحد باستخدام 5 جرام من الخميرة. من المثير للاهتمام الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بالتمثيل الضوئي والتي تستخدم الطاقة الضوئية وتكون قادرة على استيعاب النيتروجين في الغلاف الجوي. الكائنات الحية الدقيقة المحبة للحرارة مفيدة. استخدامها يقلل من التكاليف الإضافية لتعقيم المعدات الصناعية. معدل النمو والتمثيل الغذائي لهذه الكائنات أعلى بمقدار 1.5-2 مرات من معدل نمو الكائنات المتوسطة. الإنزيمات التي تصنعها مقاومة للحرارة والأحماض والمذيبات العضوية.

طرق التكنولوجيا الحيوية

في التكنولوجيا الحيوية هناك طريقتان: 1) الاختيار؛ 2) الهندسة الوراثية. يتم استخدام طرق الاختيار للحصول على منتجات نشطة للغاية. وباستخدام الانتخاب تم الحصول على سلالات صناعية من الكائنات الحية الدقيقة التي يتجاوز نشاطها الاصطناعي نشاط السلالات الأصلية بعشرات ومئات المرات.

اختيار

التحديد -الاختيار الموجه للطفرات (الكائنات الحية التي شهدت وراثتها تغيرات مفاجئة). المسار العام للاختيار هو الانتقال من الاختيار البسيط للمنتجين إلى التصميم الواعي لجينوماتهم. في كل مرحلة، يتم اختيار الحيوانات المستنسخة الأكثر فعالية من بين مجموعة الكائنات الحية الدقيقة. بهذه الطريقة، وعلى مدى فترة طويلة من الزمن، تم اختيار سلالات من خميرة البيرة، والنبيذ، والخباز، وخميرة حمض الأسيتيك، وبكتيريا حمض البروبيونيك، وما إلى ذلك. يتم استخدام الاختيار التدريجي: في كل مرحلة، يتم اختيار الحيوانات المستنسخة الأكثر فعالية من سكان الكائنات الحية الدقيقة. ترتبط القيود المفروضة على طريقة الاختيار على أساس الطفرات التلقائية بترددها المنخفض، مما يعقد بشكل كبير تكثيف العملية. التغييرات في بنية الحمض النووي نادرة. يجب أن يتضاعف الجين في المتوسط ​​10 6 - 10 8 مرات حتى تحدث الطفرة. مثال على اختيار الطفرات الأكثر إنتاجية أثناء الزراعة في الوضع المستمر هو اختيار الخميرة على أساس مقاومة الإيثانول، وهو منتج نفايات الخميرة. تؤدي الطفرات المستحثة إلى تسريع كبير في الاختيار - زيادة حادة في تواتر طفرات الكائن البيولوجي بسبب الضرر الاصطناعي للجينوم. الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية أو الأشعة السينية وبعض المركبات الكيميائية التي تسبب تغيرات في البنية الأساسية للحمض النووي لها تأثير مطفر. بعض من أكثر المطفرات المعروفة والمستخدمة تشمل حمض النيتروز، والعوامل المؤلكلة، وما إلى ذلك.

إجراء فحص شامل (تحري)المستنسخات الناتجة. بعد اختيار الحيوانات المستنسخة الأكثر إنتاجية، يكررون العلاج بنفس المغير أو بآخر، ويختارون مرة أخرى الخيار الأكثر إنتاجية، وما إلى ذلك، أي. نحن نتحدث عن الاختيار التدريجي بناءً على خاصية الاهتمام.

كثافة اليد العاملة هي العيب الرئيسي لطريقة الطفرات المستحثة والاختيار التدريجي اللاحق. ومن عيوب هذه الطريقة أيضًا عدم وجود معلومات حول طبيعة الطفرات، حيث يقوم الباحث بالاختيار وفقًا للنتيجة النهائية.

الهندسة الوراثية

الهندسة الوراثية هي التعديل المستهدف للأشياء البيولوجية نتيجة لإدخال برامج وراثية مصطنعة. مستويات الهندسة الوراثية:

1)الوراثية- التلاعب المباشر بالحمض النووي المؤتلف، بما في ذلك الجينات الفردية؛

2)الكروموسومات– التلاعب بمجموعات الجينات أو الكروموسومات الفردية؛

3)الجينومية(الخلوية) – نقل كل أو معظم المادة الوراثية من خلية إلى أخرى (الهندسة الخلوية). في الفهم الحديث، تتضمن الهندسة الوراثية تقنية الحمض النووي المؤتلف.

يشمل العمل في مجال الهندسة الوراثية 4 مراحل: 1) الحصول على الجين المطلوب؛ 2) إدخاله في ناقل قادر على التكرار؛ 3) إدخال الجين إلى الجسم باستخدام ناقل؛ 4) التغذية واختيار الخلايا التي اكتسبت الجين المطلوب.

يتم تنفيذ الهندسة الوراثية للنباتات العليا على المستويات الخلوية والأنسجة والكائنات الحية.

أساس هندسة الخلايا هو تهجين الخلايا الجسدية - اندماج الخلايا غير الإنجابية لتكوين وحدة واحدة. يمكن أن يكون اندماج الخلايا كاملا أو بإدخال أجزائها الفردية (الميتوكوندريا، البلاستيدات الخضراء، وما إلى ذلك).

يسمح التهجين الجسدي بعبور الكائنات البعيدة وراثيا. قبل الاندماج، يتم تحرير الخلايا النباتية والفطرية والبكتيرية من جدار الخلية ويتم الحصول على البروتوبلاست. ثم يتم إزالة استقطاب الأغشية السيتوبلازمية الخارجية بمجال كهربائي أو مغناطيسي متناوب، باستخدام كاتيونات Ca +. يخضع جدار الخلية للتحلل المائي الأنزيمي.

أسئلة الاختبار الذاتي

1. ما هو موضوع التكنولوجيا الحيوية؟

2. ما هي أنواع البنية الخلوية الموجودة؟

3. ما هي مراحل نمو الثقافة؟

4. ما هو الانتخاب والهندسة الوراثية؟

التكنولوجيا الحيوية كعلم ومجال للإنتاج. موضوع وأهداف وغايات التكنولوجيا الحيوية، والاتصال بالتخصصات الأساسية.

التكنولوجيا الحيوية هي عمليات تكنولوجية تستخدم أنظمة التكنولوجيا الحيوية - الكائنات الحية ومكونات الخلية الحية. يمكن أن تكون الأنظمة مختلفة - من الميكروبات والبكتيريا إلى الإنزيمات والجينات. التكنولوجيا الحيوية هي إنتاج يعتمد على إنجازات العلوم الحديثة: الهندسة الوراثية، والكيمياء الفيزيائية للإنزيمات، والتشخيص الجزيئي والبيولوجيا الجزيئية، وعلم الوراثة الاختياري، وعلم الأحياء الدقيقة، والكيمياء الحيوية، وكيمياء المضادات الحيوية.

وفي مجال إنتاج الأدوية، تحل التكنولوجيا الحيوية محل التكنولوجيات التقليدية وتفتح فرصا جديدة بشكل أساسي. تنتج أساليب التكنولوجيا الحيوية البروتينات المعدلة وراثيا (الإنترفيرون، والإنترلوكين، والأنسولين، واللقاحات ضد التهاب الكبد، وما إلى ذلك)، والإنزيمات، وأدوات التشخيص (أنظمة اختبار الأدوية، والمواد الطبية، والهرمونات، وما إلى ذلك)، والفيتامينات، والمضادات الحيوية، والمواد البلاستيكية القابلة للتحلل، والمواد المتوافقة حيويا.

التكنولوجيا الحيوية المناعية، التي يتم من خلالها التعرف على الخلايا المفردة وعزلها عن المخاليط، يمكن استخدامها ليس فقط بشكل مباشر في الطب للتشخيص والعلاج، ولكن أيضًا في البحث العلمي، في الصناعات الدوائية والغذائية وغيرها من الصناعات، ويمكن استخدامها أيضًا للحصول على الأدوية التي يتم تصنيعها بواسطة خلايا نظام الدفاع في الجسم.

في الوقت الحالي، تعد إنجازات التكنولوجيا الحيوية واعدة في الصناعات التالية:

في الصناعة (الأغذية والأدوية والكيماويات والنفط والغاز) - استخدام التخليق الحيوي والتحول الحيوي للمواد الجديدة القائمة على سلالات البكتيريا والخميرة التي تم إنشاؤها بواسطة طرق الهندسة الوراثية مع خصائص محددة تعتمد على التخليق الميكروبيولوجي؛

في علم البيئة - زيادة كفاءة حماية النباتات الصديقة للبيئة، وتطوير تقنيات معالجة مياه الصرف الصحي الصديقة للبيئة، وإعادة تدوير النفايات من المجمع الصناعي الزراعي، وتصميم النظم البيئية؛

في قطاع الطاقة - استخدام مصادر جديدة للطاقة الحيوية التي يتم الحصول عليها على أساس التخليق الميكروبيولوجي وعمليات التمثيل الضوئي المحاكاة، والتحويل الحيوي للكتلة الحيوية إلى غاز حيوي؛

في الزراعة - التطوير في مجال إنتاج المحاصيل المعدلة وراثيا، ومنتجات وقاية النباتات البيولوجية، والأسمدة البكتيرية، والأساليب الميكروبيولوجية، واستصلاح التربة؛ في مجال تربية الحيوانات - إنشاء مستحضرات علفية فعالة من الكتلة الحيوية النباتية والميكروبية والنفايات الزراعية، وتكاثر الحيوانات على أساس الأساليب الجينية؛

في الطب - تطوير المنتجات البيولوجية الطبية، والأجسام المضادة وحيدة النسيلة، والتشخيص، واللقاحات، وتطوير التكنولوجيا الحيوية المناعية في اتجاه زيادة حساسية وخصوصية المقايسة المناعية للأمراض ذات الطبيعة المعدية وغير المعدية.

بالمقارنة مع التكنولوجيا الكيميائية، تتمتع التكنولوجيا الحيوية بالمزايا الرئيسية التالية:

إمكانية الحصول على مواد طبيعية محددة وفريدة من نوعها، وبعضها (على سبيل المثال، البروتينات، الحمض النووي) لا يمكن الحصول عليها بعد عن طريق التخليق الكيميائي؛

تنفيذ عمليات التكنولوجيا الحيوية في درجات حرارة وضغوط منخفضة نسبيا؛

الكائنات الحية الدقيقة لديها معدلات نمو وتراكم كتلة الخلية أعلى بكثير من الكائنات الحية الأخرى. على سبيل المثال، بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة في جهاز تخمير بحجم 300 م 3، يمكن إنتاج 1 طن من البروتين يوميًا (365 طنًا / سنة). لإنتاج نفس الكمية من البروتين سنويا باستخدام الماشية، يجب أن يكون لديك قطيع من 30 ألف رأس. إذا كنت تستخدم البقوليات، مثل البازلاء، للحصول على مثل هذا المعدل من إنتاج البروتين، فسوف تحتاج إلى حقل بازلاء بمساحة 5400 هكتار؛

ويمكن استخدام النفايات الزراعية والصناعية الرخيصة كمواد خام في عمليات التكنولوجيا الحيوية؛

إن عمليات التكنولوجيا الحيوية، مقارنة بالعمليات الكيميائية، عادة ما تكون أكثر ملاءمة للبيئة، ولها نفايات أقل ضررا، وقريبة من العمليات الطبيعية التي تحدث في الطبيعة؛

وكقاعدة عامة، تكون التكنولوجيا والمعدات المستخدمة في إنتاج التكنولوجيا الحيوية أبسط وأرخص.

تتمثل المهمة الأساسية التي تواجه التكنولوجيا الحيوية في إنشاء وتطوير إنتاج الأدوية الطبية: الإنترفيرون، والأنسولين، والهرمونات، والمضادات الحيوية، واللقاحات، والأجسام المضادة وحيدة النسيلة وغيرها، مما يسمح بالتشخيص المبكر وعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية، والأمراض الخبيثة، والوراثية، والمعدية، بما في ذلك الأمراض الفيروسية. الأمراض.

إن مفهوم "التكنولوجيا الحيوية" جماعي ويغطي مجالات مثل تكنولوجيا التخمير، واستخدام العوامل الحيوية التي تستخدم الكائنات الحية الدقيقة أو الإنزيمات المثبتة، والهندسة الوراثية، وتقنيات المناعة والبروتين، والتكنولوجيا التي تستخدم مزارع الخلايا ذات الأصل الحيواني والنباتي.

التكنولوجيا الحيوية هي مجموعة من الأساليب التكنولوجية، بما في ذلك الهندسة الوراثية، باستخدام الكائنات الحية والعمليات البيولوجية لإنتاج الأدوية، أو علم تطوير وتطبيق النظم الحية، وكذلك النظم غير الحية ذات الأصل البيولوجي في إطار العمليات التكنولوجية والإنتاج الصناعي.

التكنولوجيا الحيوية الحديثة هي الكيمياء، حيث يحدث تغيير وتحول المواد من خلال العمليات البيولوجية. في ظل المنافسة الشديدة، يتم تطوير كيميائيتين بنجاح: الاصطناعية والبيولوجية.

الكائنات الحيوية كوسيلة لإنتاج العوامل العلاجية والتأهيلية والوقائية والتشخيصية. التصنيف والخصائص العامة للأشياء البيولوجية.

كائنات التكنولوجيا الحيوية هي الفيروسات والبكتيريا والفطريات - الفطريات الدقيقة والفطريات الكبيرة والكائنات الأولية والخلايا (الأنسجة) من النباتات والحيوانات والبشر، وبعض المواد الحيوية والمشابهة وظيفيًا (مثل الإنزيمات والبروستاجلاندين والبكتين والأحماض النووية وما إلى ذلك) . وبالتالي، يمكن تمثيل كائنات التكنولوجيا الحيوية بواسطة جزيئات منظمة (فيروسات)، أو خلايا (أنسجة) أو مستقلباتها (أولية، ثانوية). حتى عند استخدام الجزيء الحيوي كموضوع للتكنولوجيا الحيوية، يتم تنفيذ تخليقه الحيوي الأولي في معظم الحالات بواسطة الخلايا المقابلة. وفي هذا الصدد، يمكننا القول أن كائنات التكنولوجيا الحيوية تتعلق إما بالميكروبات أو بالكائنات الحية النباتية والحيوانية. في المقابل، يمكن وصف الجسم مجازيًا بأنه نظام إنتاج كيميائي حيوي اقتصادي، ومعقد، ومضغوط، ومنظم ذاتيًا، وبالتالي مستهدف، ويستمر بشكل مطرد ونشط في الصيانة المثلى لجميع المعلمات الضرورية. ويترتب على هذا التعريف أن الفيروسات ليست كائنات حية، ولكن من حيث محتوى جزيئات الوراثة والقدرة على التكيف والتقلب وبعض الخصائص الأخرى فإنها تنتمي إلى ممثلي الطبيعة الحية.

كما يتبين من الرسم البياني أدناه، فإن أهداف التكنولوجيا الحيوية متنوعة للغاية، ويمتد نطاقها من الجسيمات المنظمة (الفيروسات) إلى البشر.

حاليًا، غالبية كائنات التكنولوجيا الحيوية هي ميكروبات تنتمي إلى ثلاث ممالك عظمى (غير نووية، ما قبل النووية، نووية) وخمس ممالك (الفيروسات والبكتيريا والفطريات والنباتات والحيوانات). علاوة على ذلك، فإن المملكتين العظميين الأوليين تتكونان حصريًا من الميكروبات.

الميكروبات بين النباتات هي الطحالب المجهرية (الطحالب)، وبين الحيوانات - الكائنات الأولية المجهرية (البروتوزوا). من بين حقيقيات النوى، تشمل الميكروبات الفطريات، مع بعض التحفظات، الأشنات، وهي عبارة عن اتحادات تكافلية طبيعية للفطريات المجهرية والطحالب الدقيقة أو الفطريات والبكتيريا الزرقاء.

Acaryota - غير نووية، Procaruota - ما قبل النووية وEucaruota - نووية (من اليونانية a - no، pro - to، eu - جيد، تمامًا، caryota - core). الأول يشمل الجزيئات المنظمة - الفيروسات والفيروسات، والثاني - البكتيريا، والثالث - جميع الكائنات الحية الأخرى (الفطريات والطحالب والنباتات والحيوانات).

تشكل الكائنات الحية الدقيقة عددًا كبيرًا من المستقلبات الثانوية، ويستخدم الكثير منها أيضًا، على سبيل المثال، المضادات الحيوية وغيرها من مصححات التوازن في خلايا الثدييات.

البروبيوتيك - تُستخدم المستحضرات المعتمدة على الكتلة الحيوية لأنواع معينة من الكائنات الحية الدقيقة في علاج دسباقتريوز لتطبيع البكتيريا الدقيقة في الجهاز الهضمي. هناك حاجة أيضًا إلى الكائنات الحية الدقيقة في إنتاج اللقاحات. وأخيرًا، يمكن تحويل الخلايا الميكروبية باستخدام طرق الهندسة الوراثية إلى منتجة لهرمونات بروتينية خاصة بالأنواع للإنسان، وعوامل بروتينية ذات مناعة غير محددة، وما إلى ذلك.

النباتات العليا هي المصادر التقليدية وحتى الآن هي المصدر الأكثر شمولاً للأدوية. عند استخدام النباتات كأشياء بيولوجية، ينصب الاهتمام الرئيسي على قضايا زراعة الأنسجة النباتية على الوسائط الاصطناعية (الكالس والثقافات المعلقة) والآفاق الجديدة التي يفتحها هذا.

الكائنات الميكروبيولوجية ذات الأصل الحيواني. الإنسان كمتبرع وموضوع للتحصين. الثدييات والطيور والزواحف وغيرها.

في السنوات الأخيرة، بسبب تطوير تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف، تتزايد أهمية مثل هذا الكائن البيولوجي كشخص بسرعة، على الرغم من أن هذا يبدو للوهلة الأولى متناقضا.

ومع ذلك، من وجهة نظر التكنولوجيا الحيوية (باستخدام المفاعلات الحيوية)، أصبح الشخص كائنًا بيولوجيًا فقط بعد إدراك إمكانية استنساخ الحمض النووي الخاص به (بشكل أكثر دقة، إكسوناته) في الخلايا الميكروبية. وبفضل هذا النهج، تم القضاء على النقص في المواد الخام للحصول على البروتينات البشرية الخاصة بالأنواع.

المهم في مجال التكنولوجيا الحيوية هي كائنات ماكرو,والتي تشمل مختلف الحيوانات والطيور. وفي حالة إنتاج البلازما المناعية، يعمل الشخص أيضًا ككائن للتحصين.

للحصول على لقاحات مختلفة، تستخدم الأعضاء والأنسجة، بما في ذلك الجنينية، لمختلف الحيوانات والطيور كأشياء لنشر الفيروسات: تجدر الإشارة إلى أن مصطلح "جهات مانحة"في هذه الحالة، يتم تحديد الكائن البيولوجي الذي يوفر المواد اللازمة لعملية إنتاج منتج طبي دون الإضرار بنشاط حياته، والمصطلح "جهات مانحة"- كائن بيولوجي يتبين أن جمع المواد اللازمة لإنتاج منتج طبي غير متوافق مع استمرار نشاط الحياة.

من بين الأنسجة الجنينية، يعتبر النسيج الجنيني للدجاج هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. من المفيد بشكل خاص أجنة الدجاج (حسب التوفر) التي يبلغ عمرها من عشرة إلى اثني عشر يومًا، والتي تستخدم في المقام الأول لتكاثر الفيروسات وإنتاج اللقاحات الفيروسية لاحقًا. تم إدخال أجنة الدجاج في الممارسة الفيروسية في عام 1931 من قبل جي إم وودروف وإي دبليو جودباستشر. يوصى أيضًا باستخدام هذه الأجنة لكشف وتحديد وتحديد الجرعة المعدية للفيروسات، لإنتاج المستحضرات المستضدية المستخدمة في التفاعلات المصلية.

يتم تحضين بيض الدجاج عند 38 درجة مئوية بالمنظار (تشميع)، ويتم رفض العينات غير المخصبة "الشفافة" ويتم الاحتفاظ بالعينات المخصبة، حيث تكون الأوعية الدموية المملوءة بالغشاء المشيمائي وحركات الأجنة مرئية بوضوح.

يمكن إجراء إصابة الأجنة يدويًا أو تلقائيًا. وتُستخدم الطريقة الأخيرة في الإنتاج على نطاق واسع، على سبيل المثال، في إنتاج لقاحات الأنفلونزا. يتم حقن المواد التي تحتوي على فيروسات باستخدام حقنة (بطارية محاقن) في أجزاء مختلفة من الجنين (الأجنة).

تتم جميع مراحل العمل مع أجنة الدجاج بعد تنظير المبيض في ظل ظروف معقمة. يمكن أن تكون المادة المسببة للعدوى عبارة عن تعليق من أنسجة المخ الأرضية (فيما يتعلق بفيروس داء الكلب)، والكبد، والطحال، والكلى (فيما يتعلق بداء الببغائية الكلاميديا)، وما إلى ذلك من أجل تطهير المادة الفيروسية من البكتيريا أو لمنع تكونها البكتيرية. للتلوث، يمكن استخدام المضادات الحيوية المناسبة، على سبيل المثال البنسلين مع أي أمينوغليكوزيد، حوالي 150 وحدة دولية من كل منهما لكل 1 مل من معلق المادة المحتوية على الفيروس. لمكافحة العدوى الفطرية للأجنة، من المستحسن استخدام بعض المضادات الحيوية البوليين (نيستاتين، أمفوتريسين ب) أو بعض مشتقات البنزيميدازول (على سبيل المثال، دكتارين، إلخ).

في أغلب الأحيان، يتم حقن مادة فيروسية معلقة في التجويف السقاء أو، بشكل أقل شيوعًا، على الغشاء المشيمائي السقاء بكمية 0.05-0.1 مل، مما يخترق القشرة المطهرة (على سبيل المثال، بالإيثانول المعالج باليود) إلى العمق المحسوب. بعد ذلك يتم إغلاق الحفرة بالبرافين المنصهر وتوضع الأجنة في جهاز تنظيم الحرارة الذي يحافظ على درجة الحرارة المثلى لتكاثر الفيروس، على سبيل المثال 36-37.5 درجة مئوية. تعتمد مدة الحضانة على نوع الفيروس ونشاطه. عادة، بعد 2-4 أيام، يمكن ملاحظة تغير في الأغشية، يتبعه موت الأجنة. تتم مراقبة الأجنة المصابة 1-2 مرات يوميًا (تنظير المبيض، وقلبها في الاتجاه الآخر). يتم بعد ذلك نقل الأجنة الميتة إلى قسم جمع المواد الفيروسية. هناك يتم تطهيرهم، ويتم امتصاص السائل السقاء بالفيروس ونقله إلى حاويات معقمة. عادةً ما يتم تعطيل نشاط الفيروسات عند درجة حرارة معينة باستخدام الفورمالين أو الفينول أو مواد أخرى. باستخدام الطرد المركزي عالي السرعة أو اللوني تقارب (انظر)، فمن الممكن الحصول على جزيئات فيروسية عالية النقاء.

يتم تجفيف المادة الفيروسية المجمعة، والتي اجتازت المراقبة المناسبة، بالتجميد. تخضع المؤشرات التالية للمراقبة: العقم وعدم الضرر والنشاط المحدد. وأما العقم فيقصد به غياب: الفيروس الحي المتماثل في اللقاح المقتول والبكتيريا والفطريات. يتم تقييم السلامة والنشاط المحدد على الحيوانات، وبعد ذلك فقط يُسمح باختبار اللقاح على متطوعين أو متطوعين؛ وبعد الاختبار السريري الناجح، يُسمح باستخدام اللقاح في الممارسة الطبية على نطاق واسع.

على أجنة الدجاج، على سبيل المثال، يعيشلقاح ضد الانفلونزا. إنه مخصص للإعطاء عن طريق الأنف (الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 16 عامًا والأطفال من سن 3 إلى 15 عامًا). اللقاح عبارة عن سائل سقاء مجفف مأخوذ من أجنة الدجاج المصابة بالفيروس. ويتم اختيار نوع الفيروس حسب الحالة الوبائية والتوقعات. لذلك، يمكن إنتاج الأدوية على شكل لقاح أحادي أو لقاح ثنائي (على سبيل المثال، بما في ذلك الفيروسات A2 وB) في أمبولات تحتوي على 20 و8 جرعات تطعيم للمجموعات السكانية ذات الصلة. عادة ما يكون للكتلة المجففة في الأمبولات لون أصفر فاتح، والذي يبقى حتى بعد إذابة محتويات الأمبولة في الماء المغلي والمبرد.

يتم أيضًا إعداد لقاحات الأنفلونزا الحية للبالغين والأطفال للإعطاء عن طريق الفم. هذه اللقاحات عبارة عن سلالات لقاحات خاصة، تم تكاثرها خلال 5-15 مقطعًا (لا أقل ولا أكثر) في مزرعة أنسجة الكلى لأجنة الدجاج. يتم إنتاجها في شكل جاف في زجاجات. عند إذابته في الماء يتغير لونه من الأصفر الفاتح إلى المحمر.

وتشمل اللقاحات الفيروسية الأخرى التي يتم إنتاجها على أجنة الدجاج مضادات النكاف والحمى الصفراء.

وتشمل الأنسجة الجنينية الأخرى أجنة الفئران أو الثدييات الأخرى، وكذلك الأجنة البشرية المجهضة.

تتوفر الأنسجة الجنينية القابلة للزراعة بعد العلاج بالتربسين، نظرًا لأن كمية كبيرة من المواد بين الخلايا (بما في ذلك الطبيعة غير البروتينية) لم تتشكل بعد في مثل هذه الأنسجة. يتم فصل الخلايا، وبعد إجراء المعالجات اللازمة، يتم زراعتها في وسط خاص في طبقة أحادية أو في حالة معلقة.

تصنف الأنسجة المعزولة من الحيوانات بعد الولادة على أنها ناضجة.كلما كبروا، كلما زادت صعوبة زراعتهم. ومع ذلك، بمجرد نموها بنجاح، فإنها "تستقر" ولا تختلف كثيرًا عن الخلايا الجنينية.

بالإضافة إلى شلل الأطفال، يتم إجراء علاج وقائي محدد ضد الحصبة باللقاحات الحية. لقاح الحصبة الجاف الحيمصنوعة من سلالة لقاح، تم إجراء تكاثرها على مزارع الخلايا لكلى خنزير غينيا أو الخلايا الليفية للسمان الياباني.

الكائنات الحيوية من أصل نباتي. النباتات البرية ومزارع الخلايا النباتية.

تتميز النباتات بـ: القدرة على التمثيل الضوئي، ووجود السليلوز، والتخليق الحيوي للنشا.

تعد الطحالب مصدرًا مهمًا للسكريات المختلفة وغيرها من المواد النشطة بيولوجيًا. وهي تتكاثر نباتيا ولا جنسيا وجنسيا. كأشياء بيولوجية، لا يتم استخدامها بشكل كافٍ، على الرغم من أنه، على سبيل المثال، يتم إنتاج عشب البحر المسمى بالأعشاب البحرية عن طريق الصناعة في بلدان مختلفة. أجار أجار والجينات التي يتم الحصول عليها من الطحالب معروفة جيدًا.

خلايا النباتات العليا . النباتات العليا (حوالي 300000 نوع) هي كائنات متعددة الخلايا متمايزة، ومعظمها من الكائنات الأرضية. من بين جميع الأنسجة، الأنسجة المرستيمية فقط هي القادرة على الانقسام وعلى حسابها تتشكل جميع الأنسجة الأخرى. وهذا مهم للحصول على الخلايا التي يجب بعد ذلك تضمينها في عملية التكنولوجيا الحيوية.

تسمى الخلايا المرستمية التي تبقى في المرحلة الجنينية من التطور طوال حياة النبات بالخلايا الأولية؛ وتتمايز الخلايا الأخرى تدريجيًا وتتحول إلى خلايا من أنسجة دائمة مختلفة - خلايا نهائية.

اعتمادًا على طوبولوجيا النبات، يتم تقسيم الأنسجة النسيجية إلى قمي، أو قمي (lat. arex - apex)، جانبي، أو جانبي (من lat. Lateralis - جانبي) ومتوسط، أو مقحم (من lat. Intercalaris - متوسط، مُدرج .

القدرة الكاملة- هذه هي خاصية الخلايا الجسدية النباتية لتحقيق إمكاناتها التنموية بالكامل حتى تكوين نبات كامل.

يمكن لأي نوع من النباتات، في ظل الظروف المناسبة، إنتاج كتلة غير منظمة من الخلايا المنقسمة - الكالس (lat. callus - callus)، خاصة تحت التأثير المحفز للهرمونات النباتية. يعد الإنتاج الضخم للكالي مع المزيد من تجديد البراعم مناسبًا لإنتاج النباتات على نطاق واسع. بشكل عام، الكالس هو النوع الرئيسي من الخلايا النباتية المزروعة على وسط غذائي. يمكن إعادة زراعة أنسجة الكالس من أي نبات لفترة طويلة. في هذه الحالة، يتم تمييز النباتات الأولية (بما في ذلك النباتات المرستيمية) وعدم تخصصها، ولكن يتم حثها على الانقسام، وتشكيل الكالس الأولي.

بالإضافة إلى زراعة الكالي، من الممكن زراعة خلايا بعض النباتات في المزارع المعلقة. يبدو أيضًا أن البروتوبلاستات من الخلايا النباتية هي كائنات بيولوجية مهمة. تتشابه طرق الحصول عليها بشكل أساسي مع طرق الحصول على البروتوبلاست البكتيري والفطري. تعتبر التجارب اللاحقة على الخلايا مغرية بسبب النتائج القيمة المحتملة.

الكائنات البيولوجية - الكائنات الحية الدقيقة. المجموعات الرئيسية من المواد النشطة بيولوجيا التي تم الحصول عليها.

كائنات التكنولوجيا الحيوية هي الفيروسات والبكتيريا والفطريات - الفطريات الدقيقة والفطريات الكبيرة والكائنات الأولية والخلايا (الأنسجة) من النباتات والحيوانات والبشر، وبعض المواد الحيوية والمشابهة وظيفيًا (على سبيل المثال، الإنزيمات والبروستاجلاندينات والليكتينات والأحماض النووية وما إلى ذلك) . وبالتالي، يمكن تمثيل كائنات التكنولوجيا الحيوية بواسطة جزيئات منظمة (فيروسات)، أو خلايا (أنسجة) أو مستقلباتها (أولية، ثانوية). حتى عند استخدام الجزيء الحيوي كموضوع للتكنولوجيا الحيوية، يتم تنفيذ تخليقه الحيوي الأولي في معظم الحالات بواسطة الخلايا المقابلة. وفي هذا الصدد، يمكننا القول أن كائنات التكنولوجيا الحيوية تتعلق إما بالميكروبات أو بالكائنات الحية النباتية والحيوانية. في المقابل، يمكن وصف الجسم مجازيًا بأنه نظام إنتاج كيميائي حيوي اقتصادي، ومعقد، ومضغوط، ومنظم ذاتيًا، وبالتالي مستهدف، ويستمر بشكل مطرد ونشط في الصيانة المثلى لجميع المعلمات الضرورية. ويترتب على هذا التعريف أن الفيروسات ليست كائنات حية، ولكن من حيث محتوى جزيئات الوراثة والقدرة على التكيف والتقلب وبعض الخصائص الأخرى فإنها تنتمي إلى ممثلي الطبيعة الحية.

حاليًا، غالبية كائنات التكنولوجيا الحيوية هي ميكروبات تنتمي إلى ثلاث ممالك عظمى (غير نووية، ما قبل النووية، نووية) وخمس ممالك (الفيروسات والبكتيريا والفطريات والنباتات والحيوانات). علاوة على ذلك، فإن المملكتين العظميين الأوليين تتكونان حصريًا من الميكروبات.

تحتوي خلايا الفطريات والطحالب والنباتات والحيوانات على نواة حقيقية، محددة من السيتوبلازم، ولذلك تصنف على أنها حقيقيات النوى.

الكائنات البيولوجية هي جزيئات كبيرة ذات نشاط إنزيمي. استخدامها في عمليات التكنولوجيا الحيوية.

في الآونة الأخيرة، تلقت مجموعة من مستحضرات الإنزيم اتجاهًا جديدًا للتطبيق - وهو علم الإنزيمات الهندسية، وهو فرع من فروع التكنولوجيا الحيوية حيث يكون الكائن البيولوجي عبارة عن إنزيم.

العلاج العضوي، أي. العلاج بالأعضاء والمستحضرات من الأعضاء والأنسجة وإفرازات الحيوانات، ارتكز لفترة طويلة على التجريبية العميقة والأفكار المتناقضة، واحتلال مكانة بارزة في الطب في جميع الأوقات والشعوب. فقط في النصف الثاني من القرن التاسع عشر، ونتيجة للنجاحات التي حققتها الكيمياء البيولوجية والعضوية وتطور علم وظائف الأعضاء التجريبي، أصبح العلاج العضوي قائمًا على أساس علمي. ويرتبط هذا باسم عالم وظائف الأعضاء الفرنسي براون سيكوارد. تم لفت الانتباه بشكل خاص إلى عمل Brown-Séquard المتعلق بإدخال مقتطفات من خصيتي الثور إلى جسم الإنسان، مما كان له تأثير إيجابي على الأداء والرفاهية.

كانت الأدوية الرسمية الأولى (GF VII) هي الأدرينالين والأنسولين والبيتوترين والبيبسين والبنكرياتين. بعد ذلك، نتيجة للبحث المكثف الذي أجراه علماء الغدد الصماء وعلماء الصيدلة السوفييت، أصبح من الممكن توسيع نطاق الاستعدادات الرسمية وغير الرسمية للأعضاء باستمرار.

ومع ذلك، يتم الحصول على بعض الأحماض الأمينية عن طريق التخليق الكيميائي، على سبيل المثال، الجلايسين، وكذلك D- وL-ميثيونين، الذي يكون أيزومر D منه منخفض السمية، وبالتالي فإن المستحضر الطبي المعتمد على الميثيونين يحتوي على D- وL-. على الرغم من أن الدواء يستخدم في الطب في الخارج، فهو يحتوي فقط على الشكل L من الميثيونين. هناك، يتم فصل الخليط الراسيمي من الميثيونين عن طريق التحويل الحيوي للشكل D إلى الشكل L تحت تأثير إنزيمات خاصة للخلايا الحية للكائنات الحية الدقيقة.

تتمتع مستحضرات الإنزيم المثبت بعدد من المزايا الهامة عند استخدامها للأغراض التطبيقية مقارنة بالسلائف الأصلية. أولاً، من السهل فصل المحفز غير المتجانس عن وسط التفاعل، مما يجعل من الممكن: أ) إيقاف التفاعل في الوقت المناسب؛ ب) إعادة استخدام المحفز؛ ج) الحصول على منتج غير ملوث بالإنزيم. هذا الأخير مهم بشكل خاص في عدد من الصناعات الغذائية والصيدلانية.

ثانيًا، يسمح استخدام المحفزات غير المتجانسة بتنفيذ العملية الأنزيمية بشكل مستمر، على سبيل المثال في أعمدة التدفق، ويمكن التحكم في معدل التفاعل المحفز، وكذلك ناتج المنتج، عن طريق تغيير معدل التدفق.

ثالثًا، يساهم تثبيت الإنزيم أو تعديله في حدوث تغيير مستهدف في خصائص المحفز، بما في ذلك خصوصيته (خاصة فيما يتعلق بالركائز الجزيئية الكبيرة)، واعتماد النشاط التحفيزي على الرقم الهيدروجيني، والتركيب الأيوني والمعلمات البيئية الأخرى، والأهم من ذلك واستقراره فيما يتعلق بأنواع مختلفة من تأثيرات تغيير طبيعة. لاحظ أن مساهمة كبيرة في تطوير المبادئ العامة لتثبيت الإنزيمات قد تم تقديمها من قبل الباحثين السوفييت.

رابعا، إن تجميد الإنزيمات يجعل من الممكن تنظيم نشاطها التحفيزي عن طريق تغيير خصائص الناقل تحت تأثير بعض العوامل الفيزيائية، مثل الضوء أو الصوت. وعلى هذا الأساس يتم إنشاء أجهزة استشعار ميكانيكية وحساسة للصوت ومكبرات صوت للإشارات الضعيفة وعمليات تصوير خالية من الفضة.

نتيجة لإدخال فئة جديدة من المحفزات العضوية الحيوية - الإنزيمات المجمدة، تم فتح مسارات تطوير جديدة لم يكن من الممكن الوصول إليها سابقًا لعلم الإنزيمات التطبيقية. إن مجرد إدراج المناطق التي تستخدم فيها الإنزيمات المثبتة يمكن أن يشغل مساحة كبيرة.

اتجاهات لتحسين الكائنات البيولوجية باستخدام طرق الاختيار والطفرات. المطفرة. تصنيف. صفة مميزة. آلية عملهم.

تلك الطفرات هي المصدر الأساسي للتنوع في الكائنات الحية، مما يخلق الأساس للتطور. ومع ذلك، في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. تم اكتشاف مصدر آخر للتباين بالنسبة للكائنات الحية الدقيقة - نقل الجينات الأجنبية - وهو نوع من "الهندسة الوراثية للطبيعة".

لفترة طويلة، كان مفهوم الطفرة يعزى فقط إلى الكروموسومات في بدائيات النوى والكروموسومات (النواة) في حقيقيات النوى. حاليًا، بالإضافة إلى طفرات الكروموسومات، ظهر أيضًا مفهوم الطفرات السيتوبلازمية (البلازميد - في بدائيات النوى، الميتوكوندريا والبلازميد - في حقيقيات النوى).

يمكن أن تحدث الطفرات بسبب إعادة ترتيب النسخة المتماثلة (التغيير في عدد وترتيب الجينات فيها) والتغيرات داخل الجين الفردي.

فيما يتعلق بأي كائنات بيولوجية، ولكن بشكل خاص في حالة الكائنات الحية الدقيقة، يتم اكتشاف ما يسمى بالطفرات العفوية، والتي توجد في مجموعة من الخلايا دون تأثير خاص عليها.

بناءً على شدة أي خاصية تقريبًا، تشكل الخلايا الموجودة في المجموعة الميكروبية سلسلة من الاختلافات. تمتلك معظم الخلايا تعبيرًا متوسطًا عن السمة. الانحرافات "+" و"-" عن القيمة المتوسطة تكون أقل شيوعًا بين السكان، وكلما زاد الانحراف في أي اتجاه (الشكل الأول). كان النهج الأولي والأبسط لتحسين كائن بيولوجي هو اختيار الانحرافات "+" (على افتراض أن هذه الانحرافات تتوافق مع مصالح الإنتاج). في استنساخ جديد (نسل متجانس وراثيا لخلية واحدة؛ على وسط صلب - مستعمرة)، تم الحصول عليه من خلية ذات انحراف "+"، تم إجراء الاختيار مرة أخرى وفقًا لنفس المبدأ. ومع ذلك، فإن هذا الإجراء، عند تكراره عدة مرات، يفقد فعاليته بسرعة، أي أن الانحرافات "+" تصبح أقل فأقل في الحجم في الحيوانات المستنسخة الجديدة.

1. ما هي التكنولوجيا الحيوية؟ في أي مجالات النشاط البشري يتم استخدام عمليات التكنولوجيا الحيوية؟

التكنولوجيا الحيوية هي مجال من مجالات العلوم والنشاط العملي المرتبط بإنتاج المنتجات المختلفة باستخدام الكائنات الحية والخلايا المزروعة والعمليات البيولوجية. تُستخدم عمليات التكنولوجيا الحيوية في خبز الخبز وصناعة النبيذ ومنتجات الألبان المخمرة ومعالجة الجلود وما إلى ذلك.

2. ما هي الاتجاهات الرئيسية للتكنولوجيا الحيوية؟

الاتجاهات الرئيسية للتكنولوجيا الحيوية: الإنتاج بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة والخلايا حقيقية النواة المستزرعة للمركبات والأدوية النشطة بيولوجيًا (الإنزيمات والفيتامينات والهرمونات والمضادات الحيوية والجلوبيولين المناعي وما إلى ذلك) ؛ إنتاج الأغذية والأعلاف الحيوانية؛ خلق سلالات جديدة مفيدة من الكائنات الحية الدقيقة والأصناف النباتية والسلالات الحيوانية؛ تطوير واستخدام الأساليب البيولوجية لحماية النباتات من الآفات والأمراض؛ إنشاء واستخدام أساليب التكنولوجيا الحيوية لحماية البيئة، وما إلى ذلك.

3. ما هي هندسة الخلايا؟ ما هي طرق هندسة الخلايا التي تعرفها؟ وما النتائج التي تم الحصول عليها من استخدامها؟

الهندسة الخلوية هي زراعة الخلايا النباتية والحيوانية والكائنات الحية الدقيقة في ظل ظروف خاصة، بما في ذلك التلاعب بها (دمج الخلايا، وإزالة أو زرع العضيات، وما إلى ذلك). وتشمل أساليب هندسة الخلايا: تكاثر النباتات على أساس زراعة الأنسجة، والتهجين الجسدي. التهجين الجسدي هو اندماج أنواع مختلفة من الخلايا الجسدية لكائن حي واحد أو خلايا كائنات حية تنتمي إلى أنواع مختلفة. باستخدام هذه الطريقة، على سبيل المثال، تم إنشاء هجينة لا يمكن الحصول عليها عن طريق تهجين الأفراد - هجينة التبغ والبطاطس، والجزر والبقدونس، والطماطم والبطاطس، وما إلى ذلك.

4. ما هي الهندسة الوراثية؟ اذكر الأدوات الرئيسية للهندسة الوراثية.

الهندسة الوراثية (الوراثية) هي فرع من البيولوجيا الجزيئية المرتبطة بعزل الجينات من خلايا الكائنات الحية وإجراء عمليات معالجة مختلفة بها (بما في ذلك إنشاء جزيئات الحمض النووي الهجين) وإدخالها في كائنات حية أخرى. الأدوات الرئيسية للهندسة الوراثية هي الإنزيمات والنواقل. باستخدام مجموعة من الإنزيمات الخاصة، يمكنك قطع جزيئات DNA وRNA في مناطق معينة، وعزل الأجزاء الضرورية منها، ونسخ هذه الأجزاء وخياطتها معًا.

5. ما هي الكائنات الحية التي تسمى المعدلة وراثيا؟ ما هي طرق إنتاج الحيوانات المعدلة وراثيا التي يمكنك تسميتها؟

الكائنات الحية التي تم تغيير جينومها من خلال عمليات الهندسة الوراثية وتحتوي على جين واحد فعال على الأقل لكائن آخر تسمى الكائنات المعدلة وراثيا (المعدلة وراثيا). إحدى الطرق الرئيسية لإنتاج الحيوانات المعدلة وراثيا هي الحقن المجهري للحمض النووي في البويضات المخصبة. يبدأ كل شيء بإدخال جزء من الحمض النووي يحتوي على عدة نسخ من الجين المطلوب في نواة الحيوان المنوي الذي قام بتخصيب البويضة. بعد حدوث الاندماج النووي، يتم نقل اللاقحات المعدلة إلى رحم الأنثى المتلقية. وبعد مرور بعض الوقت، تلد أطفالًا معدلين وراثيًا. في السنوات الأخيرة، تم أيضًا استخدام الخلايا الجذعية الجنينية التي تم الحصول عليها من الأجنة في المراحل المبكرة من التطور لإنشاء حيوانات معدلة وراثيًا. يمكن لهذه الخلايا أن تتمايز إلى أي نوع آخر من الخلايا في كائن متعدد الخلايا.

6. في عام 1962، أجرى العالم البريطاني ج. جوردون التجربة التالية. باستخدام الأشعة فوق البنفسجية، تم تدمير النواة في بيضة الضفدع المخصبة. ثم تم زرع نواة مأخوذة من خلية معوية لضفدع بالغ في لاقحة خالية من الأسلحة النووية. بدأ هذا الزيجوت غير العادي في التفتت وتطور في النهاية إلى ضفدع عادي. واصل جيه جوردون وأتباعه البحث في هذا المجال. في عام 2012، أصبح J. جوردون الحائز على جائزة نوبل. ما هي الاستنتاجات التي يمكن استخلاصها من التجربة الموصوفة؟ في رأيك، ما هي أهمية واستمرارية تجارب ج. جوردون؟

من الوصف أعلاه، من الواضح أن J. Gurdon نتيجة لتجربته كان أول من حصل على استنساخ حيواني (ضفدع) ينمو من خلايا متمايزة لحيوان بالغ.