Поиск
Озвучить текст Озвучить книгу
Изменить режим чтения
Изменить размер шрифта
Оглавление
Для озвучивания и цитирования книги перейдите в режим постраничного просмотра.

Глава 3. Совершенствование биообъектов

Основная цель биотехнологического процесса — получение в масштабных количествах высокоэффективного конечного продукта, что становится возможным лишь при оптимизации методических подходов, а также в условиях применения биообъектов с совершенными свойствами продуцента или биокатализатора.

Изменение биообъекта, направленное на улучшение его характеристик и благоприятное для его использования в производстве, называется совершенствованием. Совершенствование биообъекта — это получение продуцентов с мутациями в геноме, которые отличаются от исходного биообъекта в сторону улучшения биотехнологических свойств, в частности, в сторону увеличения образования целевого продукта.

Цели, которые преследуют при совершенствовании продуцента:

  • увеличение продуктивности в достижении большего выхода лекарственных веществ на единицу биомассы;
  • придание продуценту способности использовать менее дефицитные и более дешевые среды;
  • отсутствие возможности развития реакции ретроингибирования при биосинтезе конечного продукта;
  • устойчивость продуцента к бактериофагам;
  • нетребовательность к оборудованию, то есть биосинтез не должен снижаться при несовременной технологии оборудования;
  • оптимизация свойств продуцента в аспекте медицинской промышленности (продуцент не должен иметь неприятного запаха и т.д.).

Выделяют несколько направлений совершенствования биообъектов: мутагенез, селекцию, клеточную и генную инженерию.

Мутация

Для биотехнологического процесса важны мутации, меняющие наследственность эмбриональных клеток, так как именно они будут унаследованы следующим поколением. В результате мутаций происходит изменение первичной структуры ДНК в конкретном ее участке, что в конечном счете приводит к изменению фенотипа биообъекта. Важным с позиций биотехнологии является изменение биосинтетической способности биообъекта.

Мутации могут быть реализованы как на уровне репликона (изменение числа и порядка расположения генов), так и внутри индивидуального гена. Могут встречаться так называемые спонтанные мутации, обнаруживаемые в популяции клеток без специального воздействия на нее (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Классификация мутаций по уровням организации

Различают цитоплазматические (внехромосомные) и ядерные (хромосомные) мутации. Типы мутаций: дупликация (удвоение) или амплификация (умножение) структурных генов; делеция («выпадение» участка хромосомы); транспозиция (перенос участка хромосомы в новое место) или инверсия (поворот участка в хромосоме на 180°); «точечные» мутации [изменения происходят в пределах одного гена: трансверсия (замена пурина на пиримидин) и транзиция (замена одного пурина на другой пурин или одного пиримидина на другой пиримидин)] (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Основные типы мутаций

Способствуют повышению активности биообъекта, образующего целевой продукт, мутации, которые приводят к следующим результатам:

  • увеличению количества структурных генов, включенных в систему синтеза целевого продукта;
  • «выключению» репрессорных генов, регулирующих синтез целевого продукта;
  • нарушению системы ретроингибирования;
  • изменению системы транспорта предшественников целевого продукта в клетку;
  • подавлению «суицидного» эффекта.

С целью получения мутаций биообъекты обрабатывают физическими (ультрафиолетовые, ã-лучи, рентгеновские лучи) или химическими (нитрозометилмочевина, нитрозогуанидин, акридиновые красители и др.) мутагенами. Механизм активности как физических, так и химических мутагенов связан с их непосредственным действием на ДНК, прежде всего на азотистые основания ДНК без летального исхода.

После обработки биообъекта мутагенами формируются фенотипические изменения наследственного характера, после чего проводят отбор и оценку нужных биотехнологу мутаций. Для их выявления обработанную культуру высеивают на твердые питательные среды разных составов, изучают рост колоний; каждую колонию пересеивают и полученную культуру проверяют по тем или иным признакам по сравне­нию с исходной; затем отбирают «+-варианты», отдавая предпочтение прежде всего мутантам с пониженной способностью к реверсии, то есть со стабильно измененным «выгодным» признаком.

Проводя замену состава питательных сред, можно определить особенности метаболизма клеток колонии по сравнению с клетками исходной культуры. В этом направлении интересен «метод отпечатков», состоящий из следующих стадий:

  • разводят популяции микробных клеток так, чтобы на чашке Петри с питательной средой вырастало около ста колоний, с четким разделением;
  • конструируют модель «стерильного бархатного дна», для чего на металлический цилиндр, соответствующий диаметру чашки Пет­ри, надевают бархат, затем стерилизуют;
  • далее прикладывают «бархатное дно» к поверхности питательной среды в чашке с выросшими на ней колониями, и колонии «отпечатываются» на бархате;
  • затем бархат с отпечатанными колониями прикладывают к поверхности сред разного состава.

Таким образом можно установить, клетки какой колонии в результате мутации приобрели, например, устойчивость к антибиотику и т.п.

Производственные штаммы с высокой продуктивностью нестабильны и требуют постоянного контроля при хранении и постоянной проверке на продуктивность.

Клеточная инженерия

Клеточная инженерия заключается в индуцированном обмене участками хромосом у прокариот или участками и даже целыми хромосомами у эукариот. В результате могут быть созданы продуценты новых веществ или организмы с ценными для биотехнолога свойствами. Результатом применения методов клеточной инженерии может быть получение межвидовых и межродовых гибридов биообъектов.

Этапы клеточной инженерии:

  • удаление у микроорганизмов клеточной стенки для получения протопластов;
  • слияние (фузия) протопластов с образованием диплоидов;
  • инкубация диплоидов для получения разных вариантов комбинаций кольцевых хромосомных нитей;
  • высевание суспензии протопластов на твердую питательную среду;­
  • изучение и отбор культур, приобретающих новые качества, представляющие интерес для биотехнолога.

Для продолжения работы требуется Регистрация
На предыдущую страницу

Предыдущая страница

Следующая страница

На следующую страницу
Глава 3. Совершенствование биообъектов
На предыдущую главу Предыдущая глава
оглавление
Следующая глава На следующую главу

Оглавление

Данный блок поддерживает скрол*