A Co to jest biotechnologia


Zagadnienia na egzamin z podstaw biotechnologii

  1. Co to jest biotechnologia i czym się zajmuje

  2. GMO wady i zalety

  3. Drobnoustroje ekstremofilne i zastosowanie w biotechnologii

  4. Reakcja PCR i jej zastosowanie w produkcji żywności

  5. Metody tworzenia organizmów GMO

  6. Fermentacja alkoholowa- podstawy biochemiczne

  7. Fermentacja mlekowa-podstawy biochemiczne

  8. Procesy biotechnologiczne na przykładzie produkcji piwa

  9. Immobilizacja i jej zastosowanie w biotechnologii

Co to jest biotechnologia?

Biotechnologia jest interdyscyplinarną dziedzina nauki obejmującą różne kierunki technicznego wykorzystania materiałów i procesów biologicznych. Przyjmuje się podział na:

- biotechnologie tradycyjne, przebiegające z użyciem naturalnych enzymów lub drobnoustrojów i komórek organizmów wyższych nie zawierających obcego materiału genetycznego

- biotechnologie nowoczesne w których stosowane są szczepy drobnoustrojów lub linie komórkowe skonstuowane metodami inżynierii genetycznej, względnie enzymy modyfikowane technikami inżynierii białka.
W ochronie środowiska biotechnologia zajmuje się:

- oczyszczaniem ścieków z wykorzystaniem: złoża zraszanego, filtrów biologicznych, osadu czynnego

- bioutylizacją odpadów poprzez: namnażanie biomasy, procesy biosyntezy mikrobiologicznej, produkcję biogazu.

PCR - (ang. polymerase chain reaction) łańcuchowa reakcja polimerazy to reakcja służąca do amplifikacji (namnożenia) wybranego fragmentu DNA in vitro. Jedną z odmian tej techniki jest tzw. in situ PCR, pozwalający przeprowadzić reakcję PCR wewnątrz komórki.
Reakcja, która jest prowadzona w termocyklerach, wymaga: termostabilnej polimerazy DNA (np. polimerazy Taq), wolnych trójfosforanów nukleotydów, jonów Mg2+ oraz primerów.

Primery (startery) są krótkimi (zazwyczaj 18-24 nukleotydów długości), jednoniciowymi fragmentami DNA, które łączą się z komplementarnym fragmentem DNA i umożliwiają polimerazie DNA rozpoczęcie reakcji.

Pierwszym etapem reakcji jest denaturacja podwójnej helisy DNA, która zachodzi w temperaturze ok. 95˚C. Następnie temperatura jest obniżana do ok. 50˚C, co umożliwia połączenie się primerów z komplementarnymi sekwencjami. W końcu, temperatura jest podnoszona do ok. 72˚C i rozpoczyna się reakcja polimeryzacji, w wyniku której powielany jest fragment zawarty pomiędzy dwoma primerami. Ta sekwencja cykli jest powtarzana wiele razy, w zależności od ilości materiału, który chce się uzyskać.

Wykorzystanie termostabilnej polimerazy zapobiega nieodwracalnemu zniszczeniu enzymu podczas etapu ogrzewania próbki do temperatury denaturacji podwójnej helisy DNA.

Reakcja PCR doczekał się wielu odmian m.in. Real-Time PCR, Reverse-transcription PCR, Error-prone PCR.
Jest powszechnie wykorzystywana do np. amplifikacji genów, określania obecności i orientacji wstawionego do wektora fragmentu. Znalazła zastosowanie w dziedzinach takich jak biologia molekularna, kryminalistyka, diagnostyka medyczn

Reakcja łańcuchowa polimerazy, PCR (ang. Polymerase Chain Reaction) - łańcuchowa reakcja polimerazy, metoda powielania łańcuchów DNA w warunkach laboratoryjnych, polegająca na sekwencji wielokrotnego podgrzewania i oziębiania próbki. Technika wynaleziona w 1983 roku przez Kary'ego Mullisa i współpracowników z kalifornijskiej firmy Cetus. Za pracę w tej dziedzinie Kary Mullis otrzymał w roku 1993 Nagrodę Nobla.

Do reakcji wprowadza się matrycowy DNA, trifosforany deoksyrybonukleotydów, startery (primery), czyli krótkie (najczęściej ok. 20 nukleotydów) fragmenty DNA komplementarne do matrycy, oraz termostabilną polimerazę DNA (może nią być na przykład polimeraza Taq wyizolowana z bakterii Thermus aquaticus lub polimeraza Pfu z bakterii Pyrococcus furiosis. Polimeraza Pfu charakteryzuje się większą progresywnością niż Taq, jednakże działa wolniej. Dostępne są także inne polimerazy, będące z reguły modyfikacjami wyżej wymienionych). W wyższej temperaturze (zwykle około 95°C) pękają wiązania wodorowe i podwójna helisa DNA rozdziela się na dwa pojedyncze łańcuchy. W temperaturze niższej, ściśle określonej dla danej pary starterów (pomiędzy 45-70°C), przyłączają się one do matrycy. Podwyższenie temperatury do około 72°C powoduje utworzenie się na matrycy, z przyłączonymi do niej starterami, kompleksu z polimerazą DNA, wskutek czego rozpoczyna się synteza nici komplementarnej do matrycy.

Gdyby wydajność metody była stuprocentowa, po n cyklach reakcji z jednej cząsteczki można by uzyskać 2n cząsteczek. W praktyce wydajność jest mniejsza, co nie zmienia faktu, że metoda PCR znajduje wiele zastosowań, m.in. w klonowaniu genów, diagnostyce klinicznej, identyfikacji osób zaginionych, kryminalistyce, pracach nad gatunkami, które wyginęły.

EKSTERMOFILE

Drobnoustroje ekstremofilne są zdolne do życia w warunkach, których inne organizmy nie wytrzymują ze względu na temperaturę, ciśnienie lub fizykochemiczne cechy środowiska. Tego rodzaju mikroorganizmy przez długi czas uważano za interesujące wyjątki, lecz obecnie wiadomo, że jest ich stosunkowo dużo. Powstało nawet specjalistyczne pismo naukowe Extremophiles, a wyniki badań nad ekstremofilami są już wykorzystywane w praktyce w różnych działach biotechnologii.

Do grupy ekstremofili należą np.

Hiperekstremofilami nazywane są organizmy, zdolne do egzystencji w skrajnie niekorzystnych warunkach.
W biotechnologii przy wykorzystaniu ekstremofili wytwarza się szeroką gamę substancji, jak np. enzymy, inne białka, lipidy, antybiotyki, kwasy organiczne, rozpuszczalniki, detergenty itp.

Drobnoustroje ekstremofilne wykorzystywane też są jako mikrobiologiczne fabryki do prowadzenia złożonych procesów np. w przemyśle spożywczym, do oczyszczania skażonej gleby, czy uzyskiwania metali z rud.

Te mikroorganizmy stosowane są także do wytwarzania specyficznych odczynników potrzebnych w diagnostyce i biologii molekularnej, jak enzymy wykorzystywane w reakcjach PCR pochodzące z hipertermofilnych bakterii Thermus aquaticus - Taq lub Pyrococcus furiosus. Przy otrzymywaniu w/w związków stosuje się rozmaite hipertermofile, psychrofile, halofile, alkalo- i acidofile.

Nowym kierunkiem są próby konstruowania ekstremofilnych drobnoustrojów hybrydowych o specjalnych cechach. Np. do pewnej bakterii rozkładającej substancje toksyczne wprowadzono zespół genów warunkujących wysoką oporność na promieniowanie, pobranych z Deinococcus radiophilus, uzyskując mikroorganizmy zdolne do degradacji organicznych zanieczyszczeń w glebach silnie skażonych promieniotwórczo.
W trakcie wykładu i dyskusji zostały omówione główne grupy organizmów ekstremofilnych, a także obecne i przewidywane ich zastosowania praktyczne. Znalazł się także czas na pytania i odpowiedzi.

3.Zalety GMO


• Biopaliwa: Zmodyfikowane genetycznie rośliny mogą służyć do produkcji biopaliw.
Szczepionki i leki: zmodyfikowane rośliny i zwierzęta mogą posłużyć do produkcji tanich szczepionek i lekarstw.

Wady GMO:

• Ekolodzy alarmują, że niekontrolowane wprowadzanie genetycznie zmodyfikowanych organizmów do środowiska może w zupełnie nieprzewidywalny i wielostronny sposób zaburzyć równowagę ekosystemów
• W roślinach transgenicznych tworzą się nowe rodzaje protein oraz występuje duża koncentracja endotoksyn BT które mogą powodować alergie i szkodliwie wpływać na zdrowie. Klinicznie stwierdzono, że soja transgeniczna uzyskana przez transformację genu z orzeszka brazylijskiego do soi konwencjonalnej oraz niektóre odmiany kukurydzy transgenicznej wywołują alergie.
• Innym zagrożeniem jest szkodliwość roślin z modyfikacją, umożliwiającą im produkcję endogennych środków owadobójczych, dla gatunków nieszkodliwych lub wręcz pożytecznych, co niebezpiecznie zakłóca sieci troficzne ekosystemów.
• Bardzo niebezpiecznym zjawiskiem jest niekontrolowane rozprzestrzenianie się pyłków roślin zmodyfikowanych i zapylanie nimi nawet bardzo odległych upraw roślin niezmodyfikowanych, czyli de facto ich skażenie genetyczne. Jest to szczególnie niebezpieczne dla rolników ekologicznych, którzy nie mogą sprzedawać zanieczyszczonego ziarna, jako wolnego od genetycznych modyfikacji.
• Pamiętać należy, że wprowadzenie GMO do środowiska jest praktycznie nieodwracalne i z biologicznego punktu widzenia zuboża globalną bioróżnorodność i naturalną pulę genową biosfery na równi ze zjawiskiem wymierania gatunków.
• Powstaje pytanie czy mamy prawo do ingerowania w naturę na niespotykaną dotąd skalę. Prawdą bowiem jest, że tworzenie nowych odmian hodowlanych wpisane jest w historię rolnictwa i rozpoczęło się na dobrą sprawę od rewolucji neolitycznej. Nowe odmiany powstawały jednak na drodze długotrwałych krzyżówek blisko spokrewnionych organizmów, a wymiana genów nie przekraczała granic gatunkowej puli genowej i stanowiła jakoby akcelerację naturalnego procesu ewolucji. W przypadku GMO mamy do czynienia z niemal dowolnymi przetasowaniami genów różnych gatunków, co kłóci się z fundamentalnymi zasadami biologii i etyki. Należy w tym miejscu rozróżnić dwa podstawowe aspekty problemu - jednym z nich są zamknięte, laboratoryjne i doświadczalne prace nad wykorzystaniem GMO do celów medycznych, farmaceutycznych, czy sozologicznych, a drugim uwalnianie do środowiska zmodyfikowanych genetycznie organizmów, ich uprawa na szeroką skalę oraz wykorzystanie do produkcji żywności i pasz.

Należy zdać sobie sprawę, że modyfikujemy naszą żywność od tysięcy lat. Zboża, owoce czy warzywa są genetycznie odległe od swoich przodków. Już pierwsi rolnicy rozumieli, co należy robić, by zwierzęta wykazywały porządne właściwości, a rośliny były bardziej odżywcze. Biotechnolodzy umożliwiają obecnie tworzenie korzystnych wariantów. Nie bójmy się genetyki, podczas gdy tak naprawdę jej nie znamy. W naturalnych roślinach wprost roi się od naturalnych toksyn, które są wynikiem ewolucji. W jednej filiżance kawy znajduje się więcej substancji rakotwórczych, niż w pozostałościach pestycydów. Chyba boli nas przede wszystkim to, że wydaje nam się, iż jeśli coś jest sztuczne, szalejemy w niepokoju, jeśli naturalne - po prostu ignorujemy zagrożenie.

W ten sposób nasuwa się nam odpowiedź na pytanie: Skąd w nas tak wielki sprzeciw i wyobrażenia o tym, że modyfikowana żywność naszprycowana jest świństwami? Otóż, jak już sami widzicie, polityka, pieniądze i grupy osób bez wiedzy ładują nam w głowy przekonanie, że wszelkie badania biotechnologiczne i związane z nimi odkrycia niosą zło. EPA (agencja zajmująca się ochroną środowiska) powiedziała: "jeśli stosowany zostaje gen, który chroni roślinę przed szkodliwym wirusem, to taki gen należy uważać za pestycyd".

Moim zdaniem modyfikowanie żywności jest dobre. Jednak myślę, że nie można dopuścić do zbyt powszechnego prowadzenia modyfikacji. Uważam, że modyfikowanie żywności jest dobre, dopóki chodzi o takie rzeczy jak: wzbogacenie w witaminy, rekultywacja gleby, redukowanie oddziaływań na środowisko produkcji żywności i procesów przemysłowych, o produkcję biopaliw czy szczepionek. Jednak, jeśli chodzi o np. modyfikowanie w celu zwiększenia rozmiaru, to jest to już niepotrzebne. Bowiem piękno natury polega na tym, że każde jabłko czy pomidor wygląda inaczej. Myślę, że życie i jedzenie straciłoby swój urok, gdyby wszystkie owoce czy warzywa były takie same o idealnym kształcie. Uważam, że to jest zbędne, że nie powinniśmy, aż tak ingerować w naturę, bo spowoduje to zachwianie bioróżnorodności, a to jest skarbem świata, który nas otacza. Właśnie ta różnorodność zachwyca wielu ludzi.

Fermentacja alkoholowa to proces rozkładu węglowodanów pod wpływem enzymów wytwarzanych przez drożdże z wytworzeniem alkoholu etylowego i dwutlenku węgla.

Istota fermentacji alkoholowej polega na przemianie, pod wpływem drożdży, cukru na alkohol i dwutlenek węgla:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

W wyniku tego procesu powstaje również szereg produktów ubocznych, między innymi: gliceryna, kwas bursztynowy i kwas octowy.

Produktami ubocznymi fermentacji są również wyższe alkohole i estry, które mają decydujący wpływ na bukiet smakowo-zapachowy produktu.

Fermentacja alkoholowa jako proces biochemiczny

Fermentacja alkoholowa jako proces biochemiczny pozwala organizmom działającym w warunkach beztlenowych na regenerację NAD zużytego w procesie glikolizy. Produkt ostatniego etapu wspomnianej glikolizy - pirogronian jest w dwóch etapach redukowany do etanolu (alkoholu etylowego) przy jednoczesnym utlenieniu NADH powstałego w procesie glikolizy do NAD i wydzieleniu dwutlenku węgla. W pierwszym etapie pirogronian jest przekształcany w etanal (aldehyd octowy) oraz dwutlenek węgla przy pomocy dekarboksylazy pirogronianowej. W drugim etapie etanal jest redukowany do etanolu (z jednoczesnym utlenieniem NADH do NAD) przez dehydrogenazę alkoholową (ADH - alcool deshydrogenase

0x01 graphic

Fermentacja mlekowa -

fermentacja węglowodanów do kwasu mlekowego odbywająca się pod wpływem działania bakterii mlekowych. Fermentacja ta odgrywa kluczowe znaczenie przy produkcji wielu przetworów mlecznych.

Rola różnych grup bakterii mlekowych w przetwórstwie żywności

Właściwą fermentację mlekową wywołują bakterie mlekowe zaliczane do rodzajów:

Bakterie właściwej fermentacji mlekowej dzieli się na:

Nie wszystkie gatunki bakterii mlekowych odgrywają rolę dodatnią, niektóre są szkodliwe, a inne nawet chorobotwórcze.

Równanie sumaryczne właściwej fermentacji mlekowej

(cukier prosty → kwas mlekowy + energia)

Zastosowanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym

Szkodliwe działanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym

Fermentacja mlekowa jako proces biochemiczny

Fermentacja mlekowa jako proces biochemiczny pozwala organizmom (bądź też organom takim jak mięśnie szkieletowe) działającym w warunkach beztlenowych na regenerację NAD zużytego w procesie glikolizy. Produkt ostatniego etapu wspomnianej glikolizy - pirogronian jest redukowany w mleczan przy jednoczesnym utlenieniu NADH powstałego w procesie glikolizy do NAD przy pomocy dehydrogenazy mleczanowej (LDH - Lactate Deshydrogenase). Warto dodać, że reakcja może przebiegać też w drugą stronę - i tak kwas mlekowy jest jednym z podstawowych substratów energetycznych dla mięśnia sercowego (po przekształceniu w pirogronian włączany jest do cyklu Krebsa).

Definicja bioterroryzmu.

Istotą terroryzmu jest bezprawne i nielegalne użycie przemocy z zamiarem wymuszenia jakiegoś działania lub zastraszenia określonej społeczności lub rządu dla osiągnięcia celów politycznych, społecznych, religijnych bądź osobistych. W rękach bioterrorystów czynnikiem zastraszającym jest użycie lub groźba użycia biologicznie czynnych substancji toksycznych lub patogennych drobnoustrojów wywołujących choroby zakaźne. Cele ataku bioterrorystycznego, jakkolwiek jest on zawsze skierowany przeciw ludziom, mogą być różne.

Bioterroryzm: „wykorzystywanie czynników biologicznych (lub broni biologicznej) w celach terrorystycznych”

BROŃ MASOWEGO RAŻENIA UBOGICH Celowe użycie żywych organizmów (zwłaszcza mikroorganizmów horobotwórczych) lub toksyn przez nie wytwarzanych, powodujących schorzenia u ludzi, zwierząt i roślin. Użycie broni biologicznej może mieć na celu pogorszenie stanu zdrowia (zgon lub niezdolność do działania u ludzi), obniżenie własności użytkowych materiałów pochodzenia zwierzęcego i roślinnego (dotyczy zwłaszcza żywności).

BROŃ BIOLOGICZNA

Łatwa i tania produkcja, duże zapasy w krajach „popierających terroryzm”, łatwość pozyskania, przenoszenia i gromadzenia.

Możliwość zarówno skrytego jak i jawnego ataku zrealizowanego w prosty sposób

Duży efekt psychologiczny, duże nakłady przy usuwaniu skutków ataku,

Wysoka podatność populacji cywilnej na działanie czynników biologicznych (brak szczepień przeciwko większości potencjalnych patogenów)

Przy skrytym ataku mogą wystąpić trudności w rozpoznania patogenu (nietypowość objawów dla rzadkich jednostek chorobowych)

Wymagana duża sprawność służb epidemiologicznych i sprawozdawczości zdrowotnej.

DLACZEGO BAKTERIE?

ISTNIEJE WIELE CZYNNIKÓW WYWOŁUJĄCYCH CHOROBY ZAKAŹNE U LUDZI I ZWIERZĄT. JEDNAK STOSUNKOWO NIEWIELE Z NICH MOśNA WYKORZYSTAĆ DO PRODUKCJI SKUTECZNEJ BRONI BIOLOGICZNEJ.

W przeciwieństwie do broni konwencjonalnej, chemicznej lub nuklearnej - broń biologiczna jest bardzo tania. Jej produkcja

nie wymaga wysokich nakładów finansowych oraz wielkich ekspertyz. Ponadto, broń biologiczną moŜna wyprodukować w stosunkowo krótkim czasie (nawet kilka tygodni - przypomnijcie sobie, jak krótki jest czas podziału komórek bakteryjnych) wykorzystując istniejące laboratoria mikrobiologiczne lub zakłady przemysłu farmaceutycznego.

łatwa dostępność

Wiele z czynników zakaźnych ma naturalny rezerwuar w środowisku i łatwo jest je uzyskać z terenów endemicznych. Do takich patogenów należą bakterie:

B. anthracis, F. tularensis, C. botulinum, Y. pestis oraz niektóre wirusy wywołujące gorączki krwotoczne.

masowość i zasięg rażenia.

Ocenia się np., że 100 kg przetrwalników wąglika uwolnionych nad Waszyngtonem w sprzyjających warunkach atmosferycznych moŜe zabić od 300 tysięcy do do 3 milionów ludzi. Dla porównania głowica nuklearna o ładunku 1 megatony zabiłaby od 750 tys. do 1,9 miliona ludzi. (Bomba, która w sierpniu 1945 roku spadła na Hiroszimę niosła ładunek 20 kt ).

atak jest trudno wykrywalny W przeciwieństwie do broni chemicznej, czynniki biologiczne są bezwonne i niewidzialne. W przypadku użycia broni biologicznej, pierwsze jego oznaki - niespodziewana liczba zachorowań pojawi się zwykle dopiero kilka dni po ataku łatwość transmisji Transmisji czynników zakaźnych sprzyja obecny styl życia: częste i dalekie podróże. Także wentylacja i zamknięty obieg powietrza w budynkach.

Pomimo wspomnianych cech, broń biologiczna ma szereg wad, które z wojskowego punktu widzenia czynią ją mniej przydatną niż broń konwencjonalną. Po zakończeniu II wojny światowej, pomimo trwania zimnej wojny i wielu konfliktów zbrojnych, państwa, które prowadziły intensywne i zaawansowane prace nad rozwojem broni biologicznej - na szczęście - nigdy jej nie zastosowały. Poza aspektami moralnymi użycia broni biologicznej, składają się na to kwestie czysto praktyczne:

_ skuteczność

_ trudności w przechowywaniu gotowej broni

_ ryzyko przy produkcji

_ brak kontroli nad użytymi patogenami

Waglik

Dżuma,

Tularemia, choroba indiańskich myśliwych.

Ospa,

Wirus gorączki krwotocznej. lasy tropikalne - ebola, żólta febra.

Zatrucia rycyną - substancja ukryta w roślinach,

Trucizna botulinowe - najsilniejsza trucizna powstająca w kiełbasie.

Biotechnologia wykład 2009r.

1



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Co to jest telomeraza i do czego sluzy1, Biotechnologia, Semestr III, Biologia molekularna
Co to jest fotosynteza, studia, biotechnologia żywności
EDoc 6 Co to jest podpis elektroniczny slajdy
Co to jest seie
Co to jest teoria względności podstawy geometryczne
Co to jest widmo amplitudowe sygnału, SiMR, Pojazdy
CO TO JEST SORBCJA, Ochrona Środowiska
25. Co to jest metoda PCR i do czego służy - Kopia, Studia, biologia
Co to jest budzet panstwa, prawo, Finanse
CO TO JEST TEORIA, POLONISTYKA, 1
Str '1 rozdz. Co to jest umysł' Ryle, Filozofia UŚ
Co to jest wada wymowy, logopedia
Lekcja 2- Co to jest szkoła wyższa, studia różne
Co to jest REIKI, Rozwój duchowy, Reiki
Co to jest informacja geologiczna
Co to jest integracja sensoryczna
amortyzacja sposób olbiczenia i co to jest
Co to jest chiptuning
CO TO JEST?KT SPOŁECZNY

więcej podobnych podstron