Глава "Основные направления биотехнологии":
Биоэнергетика
Биотехнология обработки стоков и контроль загрязнения воды тяжелыми металлами
Сельскохозяйственная биотехнология
Биогеотехнология
Биоэлектроника
Биотехнология в медицине
Биотехнология в пищевой промышленности
Биотехнология молочных продуктов
Глава "Основные типы биопроцессов":
Производство биомассы
Получение спиртов и полиолов
Производство вторичных метаболитов
Микробные биотрансформации
Производство ферментов
Аминокислоты, органические кислоты, витамины и другие биопродукты
Биоконверсия лигноцеллюлозных отходов
Глава "Объекты биотехнологии и их биотехнологические функции":
Бактерии и цианобактерии
Грибы
Простейшие
Водоросли
Растения
Глава "Перспективы развития биотехнологии"
Глава "Основные принципы промышленного осуществления биотехнологических процессов":
Стадии биотехнологического производства
Технология приготовления питательных сред для биосинтеза
Поддержание чистой культуры
Ферментация
Общие принципы разделения веществ
Методы тонкой очистки и разделения препаратов
Получение товарных форм препаратов
Глава "Производство белка микроорганизмов":
Продуценты белка
Субстраты для получения белка
Глава "Технология получения микробных липидов":
Глава "Технология ферментных препаратов":
Ферменты, получаемые промышленным способом, их применение
Глубинный метод культивирования продуцентов ферментов
Поверхностный метод культивирования продуцентов ферментов
Глава "Биотехнология препаратов для сельского хозяйства":
Бактериальные энтомопатогенные препараты
Грибные энтомопатогенные препараты
Вирусные энтомопатогенные препараты
Бактериальные удобрения на основе клубеньковых бактерий
Технология получения азотобактерина
Технология получения фосфобактерина
Антибиотики для сельского хозяйства
Глава "Иммобилизованные ферменты":
Общая характеристика
Классификация носителей
Методы иммобилизации
Применение иммобилизованных ферментов
Глава "Иммобилизованные клетки микроорганизмов":
Глава "Биотехнология и экологические проблемы":
Биодеградация ксенобиотиков
Аэробные системы очистки сточныхвод
Анаэробные системы очистки сточных вод
Показатели загрязненности сточных вод
Литература к разделу 1
Глава "Культуры клеток высших растений":
Использование культуры растительных клеток
История метода
Культуры соматических клеток
Морфофизиологическая характеристика каллусных тканей
Суспензионные культуры
Культивирование отдельных клеток
Культуры гаплоидных клеток
Глава "Новые экспериментальные системы для изучения синтеза вторичных метаболитов с использованием культуры тканей растений":
Иммобилизация растительных клеток: необходимость, основные методы
Физиологические основы преимущества иммобилизованных растительных клеток перед традиционными способами культивирования
Системы культивирования иммобилизованных клеток
Глава "Протопласты растительных клеток как объект биологического конструирования"
Применение изолированных протопластов
Способы получения и культивирования протопластов
Способы слияния протопластов
Виды соматических гибридов
Глава "Конструирование клеток"
Глава "Клеточная селекция"
Методы клеточной селекции
Генетические основы применения культуры клеток растений в селекционных целях
Виды культур растительных клеток, используемые в клеточной селекции
Преимущества метода клеточной селекции
Глава "Клональное микроразмножение и оздоровление растений"
Преимущества микроклонального размножения перед традиционными способами размножения растений. История метода
Факторы, влияющие на процесс микроклонального размножения
Этапы микроклонального размножения
Методы клонального микроразмножения
Оздоровление посадочного материала от вирусов
Глава "Создание искусственных ассоциаций культивируемых клеток высших растений с микроорганизмами":
Цели создания ассоциаций
Эндосимбиотические ассоциации
Экзосимбиотические ассоциации
Цианобактерии в искусственных ассоциациях с растительными клетками
Глава "Методы сохранения генофонда"
Глава "Бесклеточные системы"
Мембраны хлоропластов
Получение фотогальванических элементов с использованием бактериальных мембран
Бесклеточные белоксинтезирующие системы
Литература к разделу 2
Презентация "Микроклональное размножение растений"
Глава "Культивирование клеток":
История метода
Введение клеток в культуру, их происхождение
Характеристика клеток, культивируемых in vitro
Питательные среды и условия культивирования
Системы культивирования клеток
Использование культуры клеток человека
Культивирование клеток и тканей беспозвоночных
Глава"Культивирование органов":
Глава"Гибридизация животных клеток":
История метода
Методы создания экспериментальных химер
Механизм слияния клеток
Глава"Моноклональные антитела":
Функциональная структура антител
Получение моноклональных антител
Методы анализа на основе моноклональных антител
Применение моноклональных антител
Глава "Клонирование животных ":
История клонирования
Методы трансплантации ядер
Клонирование млекопитающих
Глава "Регулирование воспроизводства сельскохозяйственных животных"
Литература к разделу 3
Презентация о получении химерных мышей
Глава "Введение в генетическую инженерию":
Возможности генной инженерии
Генная инженерия как наука, методы
История генетической инженерии
Глава "Ферменты генетической инженерии":
Основные группы
Рестриктазы
Полимеразы
Обратная транскриптаза
Лигазы
Изменяющие структуру концов фрагментов ДНК
Глава "Классификация, номенклатура и характеристика рестриктаз":
Классификация рестриктаз
Номенклатура и характеристика рестриктаз
Механизм действия рестриктаз
Глава "Построение рестрикционных карт"
Глава "Конструирование рекомбинантных ДНК"
Глава "Определение нуклеотидной последовательности (секвенирование) ДНК"
Глава "Гибридизация как высокочувствительный метод выявления специфических последовательностей нуклеотидов"
Глава "Методы клонирования ДНК":
Клонирование ДНК in vivo.
Геномные библиотеки и библиотеки кДНК
Полимеразная цепная реакция (ПЦР)
Применение ПЦР
Глава "Введение гена в клетку":
Требования к векторной ДНК, ее состав.
Гены - маркеры.
Регуляция экспрессии генов прокариот
Типы векторов
Способы прямого введения генов
Генетические манипуляции с бактериальными клетками
Глава "Введение генов в клетки млекопитающих":
Характеристика векторов для переноса генов в животные клетки
Генетическая транформация соматических клеток млекопитающих
Генотерапия
Получение трансгенных животных
Глава "Генная инженерия растений":
Трансформация растительного генома - регуляторные элементы
Введение генов в растительные клетки
Экспрессия генетического материала в трансгенных растениях
Характеристика Ti- и Ri-плазмид
Генетическая трансформация растений с помощью Ti- и Ri-плазмид
Достижения генной инженерии растений
Проблемы биобезопасности трансгенных растений
Литература по генной инженерии 4
Условно можно выделить следующие основные направления биотехнологии: биотехнология пищевых продуктов, препаратов для сельского хозяйства, препаратов и продуктов для промышленного и бытового использования, лекарственных препаратов, средств диагностики и реактивов, биотехнология также включает выщелачивание и концентрирование металлов, защиту окружающей среды от загрязнения, деградацию токсических отходов и увеличение добычи нефти.
Биоэнергетика
Растительный покров Земли составляет более 1800 млрд. т сухого вещества, что энергетически эквивалентно известным запасам энергии полезных ископаемых. Леса составляют около 68% биомассы суши, травяные экосистемы - примерно 16%, а возделываемые земли - только 8%.
Для сухого вещества простейший способ превращения биомассы в энергию заключается в сгорании - оно обеспечивает тепло, которое в свою очередь превращается в механическую или электрическую энергию. Что же касается сырого вещества, то в этом случае древнейшим и наиболее эффективным методом превращения биомассы в энергию является получение биогаза (метана).
Метановое «брожение», или биометаногенез, - давно известный процесс превращения биомассы в энергию. Он был открыт в 1776 г. Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе. Биогаз, получающийся в ходе этого процесса, представляет собой смесь из 65% метана, 30% углекислого газа, 1% сероводорода (Н2S) и незначительных количеств азота, кислорода, водорода и закиси углерода. Болотный газ дает пламя синего цвета и не имеет запаха. Его бездымное горение причиняет гораздо меньше неудобств людям по сравнению со сгоранием дров, навоза жвачных животных или кухонных отбросов. Энергия, заключенная в 28 м3 биогаза, эквивалентна энергии 16,8 м3 природного газа, 20,8 л нефти или 18,4 л дизельного топлива.
Биометаногенез осуществляется в три этапа: растворение и гидролиз органических соединений, ацидогенез и метаногенез. В энергоконверсию вовлекается только половина органического материала—1800 ккал/кг сухого вещества по сравнению с 4000 ккал при термохимических процессах, но остатки, или шлаки, метанового «брожения» используются в сельском хозяйстве как удобрения. В процессе биометаногенеза участвуют три группы бактерий. Первые превращают сложные органические субстраты в масляную, пропионовую и молочную кислоты; вторые превращают эти органические кислоты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ, а затем метанообразующие бактерии восстанавливают углекислый газ в метан с поглощением водорода, который в противном случае может ингибировать уксуснокислые бактерии. В 1967 г. Брайант и др. установили, что уксуснокислые и метанообразующие микроорганизмы образуют симбиоз, который ранее считался одним микробом и назывался Methanobacillus omelianskii.
Для всех метанобактерий характерна способность к росту в присутствии водорода и углекислого газа, а также высокая чувствительность к кислороду и ингибиторам производства метана. В природных условиях метанобактерии тесно связаны с водородобразующими бактериями: эта трофическая ассоциация выгодна для обоих типов бактерий. Первые используют газообразный водород, продуцируемый последними; в результате его концентрация снижается и становится безопасной для водородобразующих бактерий.
Метановое «брожение» происходит в водонепроницаемых цилиндрических цистернах (дайджестерах) с боковым отверстием, через которое вводится ферментируемый материал. Над дайджестером находится стальной цилиндрический контейнер, который используется для сбора газа; нависая над бродящей смесью в виде купола, контейнер препятствует проникновению внутрь воздуха, так как весь процесс должен происходить в строго анаэробных условиях. Как правило, в газовом куполе имеется трубка для отвода биогаза. Дайджестеры изготовляют из глиняных кирпичей, бетона или стали. Купол для сбора газа может быть изготовлен из нейлона; в этом случае его легко прикреплять к дайджестеру, изготовленному из твердого пластического материала. Газ надувает нейлоновый мешок, который обычно соединен с компрессором для повышения давления газа.
В тех случаях, когда используются отходы домашнего хозяйства или жидкий навоз, соотношение между твердыми компонентами и водой должно составлять 1:1 (100 кг отходов на 100 кг воды), что соответствует общей концентрации твердых веществ, составляющей 8—11% по весу. Смесь сбраживаемых материалов обычно засевают ацетогенными и метаногенными бактериями или отстоем из другого дайджестера. Низкий рН подавляет рост метаногенных бактерий и снижает выход биогаза; такой же эффект вызывает перегрузка дайджестера. Против закисления используют известь. Оптимальное «переваривание» происходит в условиях, близких к нейтральным (рН 6,0—8,0). Максимальная температура процесса зависит от мезофильности или термофильности микроорганизмов (30—40° С или 50—60° С); резкие изменения температуры нежелательны.
Обычно дайджестеры загружают в землю, чтобы использовать изоляционные свойства почвы. В странах с холодным климатом их нагревают при помощи устройств, которые применяют при компостировании сельскохозяйственных отходов. С точки зрения питательных потребностей бактерий избыток азота (например в случае жидкого навоза) способствует накоплению аммиака, который подавляет рост бактерий. Для оптимальной переработки соотношение C/N должно быть порядка 30:1 (по весу). Это соотношение можно изменять, смешивая субстраты, богатые азотом, с субстратами, богатыми углеродом. Так, C/N навоза можно изменить добавлением соломы или жома сахарного тростника.
Отходы пищевой промышленности и сельскохозяйственного производства характеризуются высоким содержанием углерода (в случае перегонки свеклы на 1 л отходов приходится до 50 г углерода), поэтому они лучше всего подходят для метанового «брожения», тем более, что некоторые из них получаются при температуре, наиболее благоприятной для этого процесса. Желательно перемешивать суспензию сбраживаемых веществ, чтобы воспрепятствовать расслаиванию, которое подавляет брожение. Твердый материал необходимо раздробить, так как наличие крупных комков препятствует образованию метана. Обычно длительность переработки навоза крупного рогатого скота составляет две—четыре недели. Двухнедельной переработки при температуре 35° С достаточно, чтобы убить все патогенные энтеробактерии и энтеровирусы, а также 90% популяции Ascaris lumbricoides и Ancylostoma.
Конференция ООН по науке и технике для развивающихся стран (1979) и эксперты Экономической и социальной комиссии по странам Азии и Тихого океана подчеркнули достоинства интегрированных сельскохозяйственных программ, использующих биогаз. Такие программы направлены на разработку пищевых культур, а также на производство белка культурами водорослей, создание рыбных ферм, переработку отходов и превращение различных отбросов в удобрения и энергию в виде метана. Надо отметить, что 38% от 95-миллионного поголовья крупного рогатого скота в мире, 72% остатков сахарного тростника и 95% отходов бананов, кофе и цитрусовых приходятся на долю стран Африки, Латинской Америки, Азии и Ближнего Востока. Не удивительно, что в этих регионах сосредоточены огромные количества сырья для метанового «брожения». Следствием этого явилась ориентация некоторых стран сельскохозяйственно ориентированной экономикой на биоэнергетику. Например, одним из основных принципов энергетической политики Индии является производство биогаза в сельских районах. В конце 1979 г. в Индии работало менее 100 000 установок. В Китае в этот же период насчитывалось 10 млн. установок. Сырьем для загрузки установок в этих странах являются отходы животноводческих ферм и птицефабрик. В Центральной Америке построены установки, работающие на отходах производства кофе. В Масатенанго была построена фабрика, выпускающая 90 м3 биогаза в сутки и 900 т органических удобрений в год из отходов кофе. Биогаз обеспечивает работу двигателя мощностью 35 л. с., являющегося частью устройства, которое лущит кофе со скоростью 3 т/ч, вырабатывает 1500 В электроэнергии и обеспечивает работу компрессора. В Израиле с 1974 г. производством биогаза занимается «Ассоциация киббуци индастриз» (KIA). Проведены фундаментальные исследования процесса метаногенеза при активном участии нескольких университетов и промышленных исследовательских институтов под эгидой министерства энергетики. Анаэробное брожение происходит при 55° С. Исследователям удалось добиться повышения выхода биогаза до 4—6,5 м3 в сутки на каждый кубометр объема цистерны дайджестера (что в десять раз превышает обычный выход). Биогаз состоит из 62% метана и 38% углекислого газа; последний предполагают использовать в теплицах для ускорения фотосинтеза культивируемых растений. Отходы переработки, содержащие только 12% твердого вещества, скармливают рыбам. Это помогло сэкономить половину гранулированных кормов из злаков, которые обычно употребляют при разведении рыб. Как показали эксперименты, богатые белками, минеральными солями и витаминами отходы крупного рогатого скота и овец можно использовать в качестве корма для скота, заменяя ими до 25% сухого вещества поглощаемой пищи.