Биотехнология1)1917 Термин предложен венгерским инженером Карлом Эреки в работе, посвященной выращиванию свиней с использованием сахарной свеклы «это все виды работ, при которых их сырьевых материалов (сахарная свекла) с помощью живых организмов производятся те или иные продукты (свинина)»2)в современных энциклопедических словарях словарях Б –(от био…, греч. techne – искусство, мастерство, и логия…) совокупность промышленных методов, использующих живые организмы и биологические процессы для производства ценных для народного хозяйства продуктов; - (или) использование живых организмов и биологических процессов в производстве.Указывают новейшие методы:клеточную и генную инженерию.Ученые дают несколько трактовок:3) в формальном (традиционном) понимании - любое производство, связанное с использованием организмов, раздел селекции или генетики по созданию высокопродуктивных сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов, применение научных и инженерных принципов к переработке материалов живыми организмами с целью создания товаров и услуг.4) в широком (современном) понимании –Б- микробиологический синтез, производство продуктов (кормовых белков, витаминов..), образуемых микроорганизмами в результате их жизнедеятельности (получение пенициллина в 1940). Новые штаммы получали с помощью радиационного и др. (случайного) мутагенеза, и последующего отбора. Радиационная селекция зародилась в 20-30-е гг.5) в узком (новейшем) понимании – (часто с приставкой молекулярная) биотехнология -прикладная наука, использующая методы клеточной и генной инженерии, опирающаяся на достижения смежных биологических, химических и технических дисциплин. (схема 1)Вермикультивирование (лат vermes – червь) процесс переработки органических остатков почвы в гумус, повышающий е плодородие с использованием дождевых червей (1500 видов, в основном, из сем. Luvbricidae. Дарвин на 1 м2 300 особей. С конца 40х начали выращивают на бытовых отходах в США на корм (50-70% белков). Гумус – комплекс органических веществ.

Основные объекты Б. бактерии кишечной палочки Escerichia coli,

другие мезофильные (коринебактерии используют для получения аминокислот), термофильные (45-90º, дают термостабильную ДНК-полимеразу активную до 95º - встраивают в E. Coli для Полимеразной цепной реакции ПЦР обнаружить и размножить следовое кол-во ДНК. Этапы:1. температурная денатурация

1

искомой ДНК – расплетается на 2 нити при 94º, 2. комплементарное присоединение к особым участкам каждой цепи коротких фрагментов ДНК из 20-30 нтд, т.н. праймеров (затравок), инициирующих дальнейшие реакции, при 50-65º, 3 – копирование матричных цепей ДНК с участием термостабильной ДНК-полимеразы из нуклеотидов в присутствии АТФ при 70-72º ПЦР открыта в 1984 – выявление следов вирусных и бактериальных ДНК, в диагностике онкологических заболеваний, судебной медицине.), психрофильные (для разрушения токсичных веществ в почве при низких температурах 5--30) бактерии, одноклеточные дрожжи Saccharomyces cerevisae, культуры эукариотических клеток.

Термины: генномодифицированные клетки, питательные среды: простые, обогащенные, сложные, термостабильныя ДНК-полимераза, праймер, клеточные линии, устойчивые клеточные линии, перевивание (субкультивирование) клеток.

Клеточная инженерия – совокупность манипуляций с клетками, с помощью которых получают клетки нового типа путем культивирования, гибридизации, реконструкции.Метод культуры клеток и тканей.В основе способность к регенерации, тотипотентность клеток (лат totus –весь, potencia – сила)Клоны – генетически идентичное потомство от одной клетки.Получение многих растений клонов – клональное микроразмножение = вегетативное размножение вне организма в пробирке (in vitro).Эксплант (лучше меристема, иначе сначала происходит дедифференциация)– Среда с фитогормонами: ауксинами (корни), кининами (зачатки стеблей) микроэлементами - Колонии клеток - периодическое перевивание - Каллус (бесформенная клеточная масса) растение

Получение биомассы растительных культур, образующих вторичные метаболиты - вещества обеспечивающие определенным растениям привлечение опылителей, защиту от растительноядных животных. Часто это лекарственные в-ва для человека (много, экологически чисто, сохранение женьшеня и др. 1. Лаг-период, 2 период размножения (дробление) 3. Период растяжения 4 стационарная фаза (много вторичных метаболитов) 5. Стадия деградации .Современный биореактор 1500л искусственной среды с растительной суспензией.

2

Дополнительные методы работы с культурами:-гаплоиды из пыльцевых зерен, яйцеклеток, затем перевод в диплоидное состояние- соматическая гибридизация

Слияние протопластов, лишенных клеточных стенок (гибриды картофеля). Новые сорта.Метод реконструкции клеток. Получение клеток из свободных ядер, цитоплазмы и других частей клеток, например, модифицированных хлоропластов.Метод хромосомной инженерии – замещенные линии (некоторые пары хромосом заменены на хромосомы близких видов), дополнительные линии (введена дополнительная пара хромосом, часть хромосомы) только у растений.

Клонирование позвоночных животныхКлоны - Только Однояйцевые близнецы, Утрачено бесполое размножение тотипотентность только на ранних этапах эмбрионального развития (у лягушки до 8 бластомеров). Свойство сохраняют стволовые клетки – родоначальные клетки обновляющихся тканей. - разделение бластомеров на ранних этапах (конец 19 в. Г.Дриш нем получил 2х клонов морского ежа) - 1970 Стен Вилладсен (Дат. по происх) у млекопитающих из искусственно разделенных изолированных бластомеров зародыши не развивались. Однояйцевые близнецы получены из половинок и четвертинок эмбрионов овец и коров на стадии бластоцисты (пример 1988 на ВДНХ выставлен химерный гибрид 4 пород коров – бычок Ералаш)

3

Реконструкция клеток животных в 1952 Р. Бриггс и Т. Кинг (США) имплантировали, пересадили ядра соматических клеток (бластоцитов, стволовых) в яйцеклетки.

Джон Гердон получил из яйцеклетки белой лягушки с энуклеированным УФ ядром и ядер клеток кишечника темного головастика новую клетку. Клетка и ее потомство благополучно благополучно делились. Получилась взрослая темная лягушка.

Термины: клон, стволовые клетки, бластоциста, бластоцит, имплантированное ядро,реконструированные зиготы, химерные организмы.

Схема опыта с млекопитающими

Терапевтическое клонирование

4

Из стволовых клеток впервые выращены полноценные зубы

By iron 11 августа 2009

– Версия для печати– Комментарии (0)

11 августа 2009 Мыши, потерявшие зубы из-за травмы, болезни или неправильного лечения, теперь могут не беспокоиться. Им не надо будет тратиться на имплантаты и мосты. Юрким животным японские учёные могут теперь вырастить новые полноценные коренные зубы. А что же человек?

Чтобы лучше разглядеть новый зуб, учёные "подсветили" его зелёным флуоресцентным белком (GFP). В результате в ультрафиолетовом свете он становится заметным в полости рта (фото Takashi Tsuji/Tokyo University of Science).

Пятидневный зародыш зуба был помещён в десну (сверху), через 36 суток он прорезался (в середине) и полностью вырос через 49 дней (внизу) (фото Takashi Tsuji/Tokyo University of Science).

Цудзи же добавляет, что, несмотря на полноценность выращенных зубов, он и его коллеги пока не могут "регулировать" ширину головки, общий размер зуба (они получаются чуть меньше настоящих), скорость роста (у человека в отличие от мышей зубы растут в дёснах годами).

5

Технология может быть перенесена на человека только лет через 15, но учёные уже сейчас мечтают у будущем разработки. Ведь теоретически метод можно использовать и для создания зародышей других органов на пересадку (сердца, почек, печени и, может быть, даже лёгких).

Антитела и антигены. Выработка антител (иммуноглобулинов) – многоступенчатый процесс, на примере В-лимфоцитов.В-лимфоциты образуются из стволовых клеток красного костного мозга и попадают в кровяное русло. Образовавшиеся клетки клетки не специализированы и могут находиться в таком состоянии долгое время. Моноциты захватывают попавшие в кровь антигены и передают их В-лимфоцитам (презентация). В-лимфоциты обретают рецепторы на данные антигены и становятся иммунокомпетентными. Они отправляются в селезенку и лимфатические узлы и размножаются путем митоза, образуя клоны. После выхода в кровь претерпевают дальнейшие изменения , в результате чего становятся плазмоцитами (плазматическими клетками), которые непосредственно продуцируют антитела.Антитело специфично распознает определенный антиген, а точнее, только определенную детерминированную группу – эпитоп антигена из 6-8 аминокислот. Каждый антиген содержит несколько таких групп. 1-4 – детерминанты антигена, 3 – основная, наиболее токсичная, вызывающая заболевание. На каждую вырабатывается свое антитело. На весь антиген – семейство из 4 типов антител.

Схема антигена 1 2 3 4

В выработке группы антител участвует много различных клонов В-лимфоцитов – получаются поликлональные антитела. Их давно используют, иммунизируя животных и получая сыворотку (против дифтерийного и столбнячного токсинов, змеиных ядов, для распознавания антител и антигенов, ростовых факторов и др.). В их составе мало антител, нейтрализующих основную детерминанту, мала эффективность. Как получить моноклональные?Проблема: В-лимфоциты не живут в клеточной культуре.В ней живут клетки опухолей – атипические клетки. Бывают опухоли на основе плазмоцитов-плазмоцитомы. Мышей иммунизировали, облучали или использовали опухолеобразующие вирусы – опухоли возникали, но клоны с нужными антителами не получались.В 1976 Георг Келлер нем. и Цезарь Мильштейн англ использовали метод получения гибридом (гибридов соматических клеток от слияния протопластов. На первых этапах деления образовавшихся двуядерных клеток хромосомы обоих ядер смешивались, а потом образовывались 2 идентичные клетки, способные к дальнейшим делениям). Получили гибридомы из взвеси клеток селезенки иммунизированных мышей и клеток особой мутантной

6

опухоли, которые не могли расти на ГАТ-среде (содержащей гипоксантин, аминоптерин и тимидин). Обработка смеси клеток симпластообразующим вирусом или полиэтиленгликолем вызвала уничтожение части границ между клетками и их беспорядочное слияние. Остались АОК – антителоообразующие клетки селезенки, Пл – клетки плазмоцитомы и разные их гибриды. Как отделить необходимые гибридомы? Выращивать на ГАТ-среде. Остаются только гибридомы (поликлональные? Да). Последний этап – скрининг – метод идентификации единичного объекта с искомыми свойствами (нужных клонов).Клетки гибридом переносили на лунки пластиковых планшет. Лунки другой планшеты покрывали слоем молекл антигена – мишени. При добавлении содержимого лунки, в которой росли клетки донного клона, определяли, связывается ли это антитело с определенной детерминантной группой антигена (тогда при промывании лунок антитела не вымывались).Клоны растят, замораживают, прививают мышам, получая огромное количество антител. Ноб прем 1984. – не запатентовали, клеточную линию предоставляли всем желающим (для ранней диагностики заболеваний, особенно онкологических, доставки к клеткам опухоли радиоактивных в-в и лекарственных препаратов).

Репродуктивное клонирование млекопитающихДолли родилась в феврале 1997 г в Рослинском институте Эдинбурга. Работы велись под руководством Яна Вилмута. Использовали яйцеклетки с удаленными ядрами одной породы и Пытались ввести в них ядра 3 типов клеток разных органов от самок разных пород, опыт удался только с клетками вымени беременной самки беломордой породы. Все клетки предварительно культивировались. Проведено 277 слияний клеток только с такими клетками. Образовалось 29 эмбрионов, 28 погибли на поздних сроках в основном из-за аномалий развития печени. Нет отца, 3 матери

Была ли дедифференциация клеток?

7

Повторение опытов с другими млекопитающими.

Кошка Сиси (справа) — клон Рейнбоу. В ее генотипе есть и ген рыжего пигмента, но ее индивидуальное развитие сложилось так, что этот ген не проявился в окраске. Да и по характеру мать и дочь совсем не похожи. С этим столкнулись, например, Дуэйн Крамер и его коллеги — сотрудники Техасского сельскохозяйственно-политехнического университета, создавшие первую в мире клонированную кошку Сиси.

Корейская компания уменьшила стоимость клонирования в три раза

Представители корейской биотехнологической компании RNL Bio заявили о разработке новой технологии клонирования, которая позволит в несколько раз снизить стоимость этого процесса. Утверждается также, что новая технология является на порядок более надежной, чем существующие аналоги. Подробности этого заявления приводит Reuters.

Клонированные в RNL Bio щенки бигля. Фото ©AFP

В процентах Мышь Кошка Овца Корова Человек Пересадка ядра Собственное ядро яйцеклетки заменяют ядром клетки клонируемого организма. Полученную клетку побуждают к делению 76 43 94 63 75 Дробление клеток Делящиеся клетки становятся бластоцистой, предшественником зародыша 49 28 23 34 4 Пересадка зародыша Развивающийся зародыш переносят в матку суррогатной матери и следят за появлением у нее признаков беременности 38 13 41 41 Клоны человека никогда не были доведены дальше стадии бластоцисты — отчасти по этическим соображениям Успешное рождение Если беременность проходит нормально, на свет появляется жизнеспособный клон 2 1 7 19 Эффективность клонирования Доля успешных попыток: от взятия яйцеклетки до рождения потомства 1 0,5 2 1

8

Первооткрыватель структуры ДНК верит в генетически изменённых людей

Джеймс Уотсон: "По-моему, никаких богов просто нет".

25 апреля 1953 года в журнале Nature была опубликована статья учёных Фрэнсиса Крика (Francis Crick) и Джеймса Уотсона (James Watson), в которой разъяснялось, каким образом генетическая информация передаётся от одного поколения к другому. Это произвело революцию в биологии и медицине.Спустя полвека, на юбилейном собрании в Лондоне, Уотсон заявил, что благодаря генетики природу человека удастся понять значительно глубже. По мнению Уотсона, понимание, какое воздействие генетические изменения оказывают на человеческое поведение, приведёт к слиянию биологии и психологии.По мнению Уотсона, в течение ближайших полстолетия люди начнут усовершенствовать себя и своих ещё не родившихся детей в генетическом плане.Другие учёные, в частности эксперт по восстановлению ДНК из национального института медицинских исследований в Париже, Миро Радман (Miro Radman), считает, что человечество избавится от раковых заболеваний благодаря модификации генетической информации в яйцеклетках и сперматозоидах.По мнению Радмана, человечество вообще пребывает в конфликте с собственным геномом: эволюция не заинтересована в самовосстановлении организма после того, как ему исполняется 45 лет. По словам Уотсона, именно изменения в ДНК являются причиной различий между отдельными людьми. Сюда же относятся предрасположенности к болезням, насилию и даже чувство юмора. Гены контролируют количество нейротрансмиттеров и рецепторов в мозге каждого из нас, соответственно, различия на генетическом уровне приводят к различному поведению у каждого человека, и разным реакциям на события в его жизни. Детальное изучение этого механизма поможет понять, чего человеку ждать от себя.Уотсон считает также, что ничего аморального в использовании генетики на людях нет. "Я бы использовал её где угодно, если это поможет улучшить жизнь людей. Я думаю, нам следует попытаться улучшить человеческий разум. Не думаю, что генетика — это оскорбление богов. По-моему, никаких богов просто нет".

Генная (генетическая) инженерия – метод биотехнологии, раздел молекулярной генетики: целенаправленное создание новы комбинаций генетического материала путем манипулирования нуклеиновыми кислотами, искусственного переноса генов одного вида организмов в другой с целью создания организмов с новыми свойствами.

1970-е П.Берг в Стерфордском университете США первая рекомбинантная молекула ДНК вируса и бактерии. Перед этим открыты ферменты: рестриктазы, рассекающие молекулы ДНК по строго определенным местам, лигазы – сшивающие фрагменты ДНК в единое целое. 1980 человеческий инсулин получен от бактерии.Природные механизмы передачи наследственной информации между клетками.Трансформация Фактор Ф. Гриффитса (опыт 1928) пневмококк вирулентного гладкого штамма S (убитые бактерии) + невирулентный живой штамм шероховатый R, - в смеси вызывают болезнь. В мышах обнаружен S. Бактерии трансформировались. Что-то передало наследственную информацию.Позже выяснено, что это были плазмиды.

9

Плазмиды – внехромосомный наследственный материал в виде кольцевой ДНК, способный к длительному самостоятельному существованию. Имеются в клетках прокариот и эукариот, размножаются независимо от ядерного материала (имеют сайт репликации).В клетках бактерий от одной до нескольких сотен длиной от 2-3 до нескольких десятков тысяч пар нуклеотидов (в хромосомной ДНК бактерий 5*109 ). Бывают несовместимые друг с другом, выполняют разные функции: 1)содержат ген устойчивости к антибиотикам 2)гены токсичности 3)несут информацию о переносе в другую клетку…С их помощью происходит половой процесс у бактерий, т.к. в них содержится информация о возможности построения белка – пилина, образующено трубочки пили, по которым часть ДНК (главной и плазмид (трансмиссивные плазмиды)) при конъюгации переходит от одной бактерии к другой (подобный ген может содержаться и с бактериальной хромосоме некоторых бактерий).

Вирусы и бактериофаги. 1892 Д.И. Ивановский. ВТМ. 1915 Д’Эррель - -бактериофаги (в чашках Петри с коккобациллами, вызывавшими гибель саранчи)

Вирусы в клетке-хозяине: 1)ДНК (РНК) вируса в цитоплазме или встраивается в геном клетки. При необходимости происходит обратная транскрипция, образуются новые вирусные частицы, клетка гибнет. Все вирионы выходят одновременно.2) вирусные частицы выходят постепенно, клетка живет, наличие вирусов придает новые свойства.3) генетический материал вируса встраивается в хромосомы, воспроизводится при делении, передается дочерним клеткам. Во встроенной ДНК(называемой провирус) активен только ген белка-репрессора, сохраняющий эту ДНК и охраняющий клетку от других вирусных частиц. При определенных условиях может активироваться, тогда вар 1 или2. Такие фаги называются лизогенными или умеренными (например. Вирус саркомы Рауса – в нем открыли обратную транскриптазу 1970 амер. Г. Темин, Д. Балтимор., .)

из открытия Д. Балтимором, Р. Дульбекко и Г. Теминым явления обратной транскрипции у вирусов (Нобелевская премия по   физиологии и   медицине, 1975 ). Ими был описан фермент обратная транскриптаза, который, используя молекулу РНК в качестве матрицы, строит вторую, комплементарную, цепь, но уже ДНК. Такая одноцепочечная комплементарная ДНК получила название кДНК (cDNA). Лабораторными методами эту кДНК можно «умножить» в миллионы раз и сохранить для последующего анализа. На методе обратной транскрипции базируются многие современные методы исследования для анализа клеточной системы транскрипции-трансляции.

10

Рис. 2. Схема обратной транскрипции

Однако тут есть один нюанс — чтобы обратная транскрипция началась, нужна короткая стартовая «затравка» (праймер), которая была бы комплементарна 3’-концу РНК (см. рис. 2). До сегодняшнего дня в качестве универсального праймера в основном использовался олигонуклеотид поли(Т), комплементарный поли(А)-хвосту.Первый онкоген Src выделен в 1978, такие гены играют роль в период эмбрионального развития организмов, у взрослых они подавляются. Вирусы, встраиваясь в геном клетки, могут захватывать гены хозяина и передавать новому хозяину, причем пребывание в составе вируса меняет регуляцию онкогена, он становится опасен.Трансдукция – передача наследственного материала от одной клетки (обнаружено на клетках бактерий – от бакте6рии-донора) к клетке (бактерии)-реципиенту с помощью умеренных бактериофагов (1952 Дж. Ледерберг, Н. Циндер амер).РисU-образная трубка. Если фаг переносит любой случайный фрагмент - общая, неспецифическая трансдукция. Определенный – специфическая. Встраивая .в фаги фрагменты ДНК, можно создать генные библиотеки. Полная библиотека содержит полный геном и представлена большим числом фаговых частиц, удобен фаг лямбда λ. Использовались в программе «Геном человека» Имеют значение при секвенировании – определении последовательности нуклеотидов ДНК генов.

Термины: обратная транскриптаза (ревертаза), трансдукция, трансдуцирующий фаг, общая трансдукция, специфическая трансдукция, геномная библиотека, секвенирование.

ЦКП „Секвенирование ДНК“ СО РАН. Центр коллективного пользования дорогостоящим оборудованием для секвенирования ДНК был создан в 2000 году на базе Института Химической Биологии и Фундаментальной Медицины (ИХБФМ) и Института Цитологии и Генетики (ИЦиГ). ЦКП располагает полным комплексом современных автоматических приборов для анализа и расшифровки структуры генов и других участков ДНК.

Борьба бактерий против вирусовРестриктазы (рестрикционные эндонуклеазы) – защитные белки, которые разрушают проникшие чужеродные молекулы нуклеиновых кислот бактериофагов. Открыты и применены в молекулярной генетике в 1974 Д. Натансон, Г. Смит (США), В. Арбер (Швейцария), ноб прем 1978. Рестриктазы специфичны, действуют на строго определенные последовательности нуклеотидов в ДНКдлиной 4-6 нуклеотидов, названные сайты узнавания. Выделены десятки видов рестриктаз, у каждой свой сайт узнавания, или несколько сайтов. Расположение азотистых оснований в них в 2-цепочечной ДНК представляет собой двойную цепь-перевертыш, которую можно повернуть относительно центра на 180., одинаково читать в направлении 3-5 или 5-3.-Г-А-А-Т-Т-Ц--Ц-Т-Т-А-А-Г-Разрезы, образующиеся в цепях ДНК симметричны, расположены наискось друг от друга на равных расстояниях от центра сайта узнавания. На каждой цепи ДНК образуются хвосты – одноцепочечные тяжи. Они комплементарны друг другу и могут соединиться, поэтому их называют «липкими». (некоторые рестриктазы образуют тупые концы). Почему они не разрезают собственную ДНК? В клетках работают модифицирующие ферменты метилазы, они метилируют (присоединяют СН3) основания участков ДНК, узнаваемых для рестриктаз.

11

Использование природных инструментов и путей передачи в генной инженерии.Вырезать ген – встроить в клетку хозяина (с помощью лигаз – ферментов, сшивающих нуклеотиды ДНК, соединяя цепь).Система для переноса в клетку хозяина называется вектором (используется также для клонирования нуклеотидных последовательностей). Это плазмиды или умеренные вирусы (д.б. мелкие, содержать 1 сайт рестрикции – туда будет вшиваться нужный ген (его можно синтезировать и встроить, такой участок называется линкером), иметь селективные маркеры для идентификации клеток с рекомбинантными ДНК (напр ген устойчивости к антибиотикам), включать сайт (сигнал начала репликации т.к. нужный ген необходимо будет клонировать.Популярный вектор создали рВR322 – Ф. Боливар, Р. Родригес (р-plasmid), его сайт репликации работает только в кишечной палочке.Методика получения рекомбинантной ДНК по П. Лобану и П. Бергу –тупые концы плазмиды наращивали ТТТТТТТ, (слева 3-5 верхнюю цепь, справа5-3 нижнюю), а цепи встраиваемого гена наращивали АААААААА, годится и сейчас, если плазмида и нужный ген вырезаются разными рестриктазами.Конструирование клеток с измененной наследственностью (методика С.Коена и Г. Бойера1971)

1. Обработка вектора рестриктазой – липкие концы2. Обработка ДНК с нужным геном той же рестриктазой3. Смешивание вектора с геном, между их липками концами образуются водородные связи4. Обработка гибридной молекулы ферментом ДНК-лигазой, выделенной из бактериофага Т4

(образует фосфодиэфирные связи между фосфатными и гидроксильными группами.)5. Перенос рекомбинантной плазмиды – трансформация (, действуют высокой температурой,

обрабатывают клетки хлористым кальцием для усиления проницаемости оболочек клеток) – в итоге примерно 1 из 1000 + воссоединившиеся плазмиды и неплазмидная ДНК, из которой вырезали гены. Размножение молекул на первых этапах возможно с помощью полимеразной цепной реакции в амплификаторах, однако точность копирования в 1000 ниже, поэтому для длительного сохранения и копирования нужны бактерии.

6. Отбор трансформированных бактерий.

А) Посев клеток на расстоянии др от др на среду с антибиотиком – отбор на наличие маркированных плазмид.Б) Скрининг – отбор бактерий на нужный ген. Накрыть колонии фильтром из нитроцеллюлозы, часть клеток колоний к нему прилипнет. Отпечаток обработать гидроксидом натрия (лизис бактерий и разделение 2цепочечных ДНК на цепи. Обработать зондом – одноцепочечным фрагментом ДНК или РНК, комплементарным искомому, и содержащим радиоактивные атомы. Зонд вступит во взаимодействие с искомым ДНК. Накрыть фильтр рентгеновской пленкой, проявить ее и по засвеченным участкам установить искомые колонии.Отобранные бактерии могут клонировать рекомбинантные плазмиды и использоваться.А)если там есть сайт инициации транскрипции у прокариот (и другие части оперона), бактерия может синтезировать нужный белокБ)полученное множество копий плазмид может использоваться для встраивания нужного гена в клетки эукариот.

12

Встраивание генов в эукариотический организмВстраивают в клетки клеточной культуры. С помощью обработки поверхности клеток для усиления трансмиссмии или вбрасывания на частичках золота. Причем нужный ген клонируется в определенных видах бактерий, а вноситься в клетки эукариот должен особыми векторами (на основе вирусов, поражающих эукариотические клетки (вирус SV40 вызывает рак у мартышек, для нас неопасен, хорошо встраивается в геном), или плазмид дрожжей). Векторы должны нести всю информацию для контроля экспрессии встраиваемого гена. Придется вырезать ген из нашей плазмиды и вшить в новый вектор

. И снова потребуется отбор клеток (эукариот), которые получили нужный ген. Если мы планируем работать с растениями, маркером может быть ген устойчивости к гербициду.

Каллусы, несущие ген-маркер удачной пересадки остаются зелеными в среде сгербицидом – из них может вырасти растение с нужным нам геном.Для этого намеревались с помощью техники рекомбинантных ДНК перенести геном таких вирусов в клетки кишечной палочки. Высказывались опасения, что бактерия с раковым геном случайно может попасть в организм человека.Еще до окончания конференции ее участники обратились к президенту Национальной академии наук с предложением организовать комиссию по рекомбинант-ным ДНК, которая бы оценила степень опасности их создания для работающих с ними и для окружающей среды. Комиссия была создана. В нее вошли крупнейшие американские биологи, в том числе один из первооткрывателей двойной спирали ДНК Дж. Уотсон, а также «отцы» генной инженерии П. Берг, Г. Бойер, С. Коен.В середине 1974 г. комиссия опубликовала обращение в виде открытого письма ко всем молекулярным биологам и генетикам мира, в котором призвала их воздержаться от конструирования некоторых видов рекомби-нантных ДНК до тех пор, пока не будет полностью оценена степень риска с ними и не будут разработаны специальные правила безопасности.это умение эволюции

Ученые впервые вывели генетически модифицированных мартышек

By gali 30 мая 2009

Ученым удалось создать приматов, которые не только светятся зеленым цветом, но и передают эту особеннность потомкам.

В США приобретает популярность домашняя генная инженерияВ последнее время в США появилось много энтузиастов, которые в домашних условиях занимаются генной инженерией. Генетики-любители используют самодельные лаборатории и пытаются создать новые формы жизни, сообщает Associated Press.

К примеру, 31-летняя Мередит Л. Паттерсон (Meredith L. Patterson) у себя в столовой пытается создать генетически модифицированную йогуртовую бактерию, которая будет светиться зеленым светом, если в молоке присутствует меламин - токсичное вещество, использующееся в производстве красок, лаков и пластмассы. Напомним, что в сентябре этого года в Китае погибло четыре младенца, отравившихся молочной смесью, куда был подмешан меламин, а общее число детей, пострадавших от ядовитой продукции, составило

13

около 53 тыс.

Список литературы1. Основы биотехнологии: 10-11 классы: учебное пособие для учащихся общеобразовательных

учреждений / Е.А.Никишова. – М.: Вентана-Граф, 2008. 160 с. – (Библиотека элективных курсов)

2. Основы биотехнологии: 10-11 классы: методическое пособие / Е.А.Никишова. – М.: Вентана-Граф, 2008. 160 с. – (Библиотека элективных курсов).

3. Клетки и ткани: учебное пособие / Д.К. Обухов, В.Н. Кириленкова. – М.: Дрофа, 2007. – 287 с. – (Элективные курсы).

4. Клетки и ткани: методическое пособие / Д.К. Обухов, В.Н. Кириленкова. – М.: Дрофа, 2007. – 287 с. – (Элективные курсы).

5. Генетика от А до Z/ Первая часть: http://gleb-kudr.habrahabr.ru/blog/48533/6. : Журнал "Биотехнология" публикует экспериментальные статьи и аналитические обзоры по всем аспектам современной

биотехнологии: поиск, селекция и конструирование продуцентов биологически активных веществ, совершенствование технологии их производства, использование биотехнологических препаратов и экологические проблемы, которые биотехнология создает или способна решить. "Биотехнология" является единственным журналом, который публикует работы в данной области, выполняемые во всех странах СНГ

Биотехнология для "чайников" : Главный латвийский генетик – о биотехнологии в мире и в Латвии

 На прошлой неделе в Даугавпилсском Университете состоялся IV Балтийский

Главный латвийский генетик – о биотехнологии в мире и в Латвии

 

. Успехи генной инженерии переводят человечество на новый уровень Если можно из , , ?отдельной клетки вырастить овцу значит можно вырастить и человека

На прошлой неделе в Даугавпилсском Университете состоялся IV Балтийский конгресс генетиков и селекционеров. В течение нескольких дней около ста ученых из разных стран мира дискутировали о проблемах современной науки в области медицины, охраны природы, улучшения видов животных, растений и генетики человека. «Нашей Газете» удалось пообщаться с Президентом Латвийского общества генетиков и селекционеров, профессором Латвийского Университета Исааком Рашалем.

– Для нас большая честь, что такой масштабный международный конгресс проводится именно в Даугавпилсе. Это не случайно?

– Мысль о проведении таких конгрессов возникла еще в конце 80-х годов, когда представители Балтийских стран (причем не только люди науки, но и, к примеру, искусства) почувствовали, что надо объединяться и активней общаться между собой. Ведь латвийские ученые в то время в Москву ездили гораздо чаще, чем в тот же Вильнюс или в Эстонию. Но пока между членами Обществ генетиков и селекционеров (а такое общество было в каждой стране) такая идея обсуждалась и реализовывалась, Советский Союз успел распасться. И первый такой конгресс состоялся 15 лет назад – в 1992 году в Вильнюсе. Тогда же была создана и Федерация генетических обществ Балтийских стран. Однако постепенно эти общества стали распадаться – первое распалось в Эстонии, и эстонские ученые его больше не восстановили. А несколько лет назад распалось и в Литве. Так что среди Балтийских стран такое общество, в котором объединены генетики и селекционеры, осталось только в Латвии. Второй конгресс был организован в Юрмале в 1995 году, а затем в 2002 году в Вильнюсе. Сейчас второй раз проходит у нас. Инициативу его проведения взяло на себя Латвийское общество генетиков и селекционеров в сотрудничестве с Даугавпилсским Университетом.

– И что волнует современных балтийских генетиков?

– Например, сегодня у нас был доклад о том, какова ситуация с наукой в Эстонии. А коллега из Польши докладывал о том, что такое философия создания новых сортов растений.

14

Почему миру нужны новые сорта и как накормить людей планеты? Это глобальная проблема – как накормить 6 миллиардов населения, учитывая, что по прогнозам в 2050 году эта цифра увеличится до 10 миллиардов. Конечно, при современной урожайности такое количество людей прокормить нельзя. Значит, надо увеличить интенсивность сельскохозяйственного производства – требуется больше пшеницы, бобовых, риса... В 19 веке резкое увеличение производства сельскохозяйственной продукции произошло за счет технологической революции. Тогда же стала развиваться и наука о физиологии растений. Стало понятно, что растения тоже что-то кушают, а значит, нужны минеральные удобрения, – и вот, ученые получили Нобелевские премии за их изобретение и внедрение. Наш век (и век 20-й) делает упор на биологическую науку, которая дает возможность резко увеличить урожайность сортов. Это и генная инженерия со своими проблемами, и новые методы селекции, и многое другое.

– Генетически модифицированные продукты – предмет нескончаемых споров. На ваш взгляд, овощи, которые могут неделями лежать и не портиться, вредны для здоровья или нет?

– Все говорят о ГМО вне зависимости от того, понимают люди, что это такое на самом деле или не понимают. Скажем так, ГМО, или способ перенесения генов из одного растения или животного в другой, – это всего лишь технология. Нечто похожее происходит и в самой природе, только с меньшей частотой. Технологии не могут быть хорошими или плохими. Все дело в том, в чьих руках и для чего они используются. На самом деле все, что связано с ГМО, гораздо строже контролируется, чем обычные методы селекции. А селекцией человечество занималось еще несколько тысячелетий назад. Поэтому риск, что с ГМО может выйти что-то плохое, гораздо меньше, чем с обычным селекционированием. Например, в одном из докладов речь шла об очень распространенном в некоторых регионах зернобобовом растении («турецкий» горошек), которое может давать высокие урожаи и в условиях сухого климата. Оказывается, у этого растения имеется опасный невротоксин, вызывающий специфический паралич мышц и даже летальный исход у людей, если эти бобы использовать термически необработанными. Обычно его используют в пище только после термической обработки, однако в новых регионах возделывания, где местное население не было знакомо с особенностями этого растения, погибло несколько десятков людей – хотя это никакое не ГМО, а натуральный продукт.

То же самое молоко может у многих вызывать аллергию... ГМО проверяют очень строго на все возможные эффекты. Другой вопрос, если не контролировать и бездумно выращивать такие растения, есть риск, что какой-нибудь ген убежит в природу. Насколько это плохо – вопрос дискуссионный.

– В Латвии такими опытами занимаются?

– В Балтийских странах никто созданием растений методом генетической инженерии не занимается. Но и у нас могут рано или поздно использовать эти сорта в сельском хозяйстве. Мы сейчас в Евросоюзе – по закону, если сорт будет допущен к выращиванию в любой стране ЕС, то автоматически разрешен и у нас. На наше счастье Латвия – маленькая страна, и сорта, которые приспособлены для выращивания у нас, никто специально создавать не будет. Так что опасность, что кто-то что-то завезет и начнет нелегально у нас выращивать, небольшая. Хотя фермеров-экспериментаторов всегда можно найти. В Европе существует множество различных лабораторий, в которых продукты постоянно проверяют. Зато, например, в большинстве штатов США продукцию, предлагаемую потребителю в магазинах, на наличие ГМО никто не проверяет, и подавляющее большинство американцы даже не хотят, чтобы ее проверяли. Ведь если продукцию проверять, она для потребителя становится дороже: навряд ли производитель это будет делать за свой счет.

– Людей очень пугает слово «мутация», и все, что с этим связано...

– Сейчас большие деньги вкладываются в секвенирование – расшифровку генома человека, растений и животных. Но понимание того, как устроен геном, – лишь первый этап. А как регулируется реализация информации, которая в нем хранится, – в основном пока еще неизвестно.

– Генетика – наука будущего. Возможно ли сейчас говорить о том, что благодаря этой науке человечество сможет полностью контролировать свое здоровье, продолжительность жизни и прочее?

– Любой биологический процесс, индивидуальное развитие человека или любого другого

15

вида – это, в принципе, есть реализация той генетической информации, которую он получил от оплодотворенной сперматозоидом яйцеклетки. Конечно, взаимодействие с окружающей средой играет не последнюю роль. Но если ты не знаешь, каков генотип и как он реализуется, ты ничего не поймешь, – любой биологический процесс базируется на наследственности. Другой аспект – вопрос о селекции в связи с энергетикой: мы в основном пользуемся невозобновляемыми ресурсами. Европейский Союз уже говорит о том, что через определенное количество лет мы должны производить энергию из возобновляемых ресурсов. Значит, упор будет идти на биомассу и ее переработку. Увеличенный выход биомассы – это вопрос селекции, а селекция – это выведение новых генотипов, новых сортов. А мы не можем выводить новые сорта, не зная генетики. Или медицина – здоровье человека, где без генетики никуда. Есть болезни, которые определены одним геном, есть те, которые несколькими. Но большинство болезней определяются взаимодействием генетических особенностей и среды. Но если ты не знаешь генетических механизмов, ты не можешь выбрать и правильные методы лечения. Каждый человек различается, и комбинация генов у всех разная: поэтому сейчас в научных кругах витает идея, что через какое-то время каждому человеку можно будет подобрать свое лекарство и его синтезировать в зависимости от особенностей индивидуальных генов, ведь что годится для одного, не всегда годится для другого. Поэтому какую сферу не гляди, без знания генетики невозможно.

– А можно ли будет клонировать исчезнувшие виды животных? Вернуть к жизни саблезубого тигра, например, или мамонта...

– Клонировать, наверное, нет. Во-первых, найденная ископаемая ДНК бывает очень плохого качества. Она фрагментирована, поэтому полностью восстановить геном мамонта, по крайней мере, на данном уровне науки, невозможно. Хотя если начать научно фантазировать... Если бы можно было найти миллиард фрагментированных ископаемых образцов, их проанализировать и сопоставить вместе, то теоретически можно представить, что всю ДНК можно восстановить. Но проблема также и в том, что каждое животное (не только ископаемое) уникально. В отличие от растений, которые размножаются семенами: семечко мы можем хранить в генном банке годами, потом посадить его в нужных условиях, и вырастет нормальное растение. Даже если вы сохраните яйцеклетку или сперму, трудно получить нормальное животное. Все равно кого-то надо будет оплодотворить, и получится совсем другая комбинация генов.

Пока же ученые изучают только особенности генов вымерших животных. Но очень важно было бы знать, как геномы (набор генов) взаимодействуют с цитоплазмой. Цитоплазму никак не восстановить. Так что даже если полностью проанализировать ДНК, еще неизвестно что из этого получится – невозможно полностью восстановить определенный вид животного, создать его точную копию или клон. Если бы мы взяли какую-нибудь человеческую клетку, скажем, Шварценеггера и проклонировали бы ее, то Шварценеггер все равно бы не получился. В лучшем случае (опять же теоретизируем, опуская этические вопросы, связанные с разрешением клонирования) получилось бы нечто похожее на новорожденного Шварценеггера (а мы знаем, что он был слабеньким ребенком).

– Результаты конгресса станут известны общественности?

– Во-первых, большинство докладов будут опубликованы. Тезисно они уже опубликованы в Известиях Латвийской Академии Наук. Но потом с этими материалами можно будет ознакомиться и целиком. Для нас главное, установить контакты с зарубежными коллегами.

– А какие-нибудь сенсационные исследования латвийским генетикам принадлежат?

– Трудно ожидать, чтобы в Латвии проводились такие глобальные сенсационные исследования, за которых получают Нобелевские премии. Это другое финансирование. Для того, чтобы проводилось исследование уровня Нобелевской премии, нужен такой широкий и глубокий фронт исследований, который не может осуществить коллектив в 2-3 человека. Поэтому ожидать такого уровня исследований, чтобы об этом вдруг весь мир заговорил, у латвийских ученых шансов мало. Да и время ученых-одиночек уже прошло. Вряд ли ты один, сидя за микроскопом, сделаешь уникальное открытие. Наука сейчас стала очень дорогой, – те же микроскопы нужны не простые, а сканирующие и т.д. Здесь важен другой критерий – насколько часто ученый публикуется и насколько его часто цитируют ученые из других стран. И на конгрессе оказалось, что в Эстонии наиболее сильны специалисты по молекулярной генетике человека, – их публикации наиболее часто цитируют другие специалисты.

16

Среди латвийских ученых наиболее известны работы в области молекулярной биологии, биомедицины, медицинской фармакологии, связанных с генетикой. У нас на хорошем уровне проводятся ряд исследований по генетике растений. Может, это и не сенсация, но это работы, которые замечают и на которые ссылаются зарубежные ученые. Еще пример: один из докладов на конгрессе был посвящен созданию базы генетической выборки населения Латвии. Несколько десятков тысяч образцов ДНК будет собрано и надежно храниться. Изучение разнообразия образцов начнется уже в наши дни. И это такой депозит, к которому впоследствии много ученых будут обращаться для новых исследований еще многие годы вперед.

Светлана Кубасова, «Наша газета», 18.10.2007

июнь 2006 № 6 "В МИРЕ НАУКИ" Биотехнологии

Генная инженерия от A до Z

Приветствую уважаемое сообщество!

Итак, это мой первый пост на хабре :)Посвящен он будет серьезной теме, в которой, волею судеб, я неплохо разбираюсь. А именно, генной инженерии.

Помнится, тут пробегал пост habrahabr.ru/blogs/the_future_is_here/48069/ в котором говорилось о геннотехнологической лаборатории “на коленке”. Оказалось, что тема интересна аудитории, поэтому я решил заняться ее развитием с просветительскими целями.

Я буду давать наглядные и понятные обычным людям примеры для описания сложных процессов. Если кто-то посчитает нужным меня поправить – не стесняйтесь. Я буду сознательно упускать многие вещи, но если вам кажется, что без них страдает логика изложения – так же поправляйте.

Итак, начнем. Допустим, мы хотим создать трансгенную новогоднюю елку светящуюся синим светом. Допустим, британские ученые как раз недавно открыли ген синего свечения. Вот и посмотрим на этот процесс по стадиям.

Ген свечения.

Будем вести эксперимент, как настоящие ученые. Они слышат что открыт новый ген, что же им делать дальше, если хочется создать елку? Настоящий ученый обычно лезет в ncbi.nih.gov и по нескольким ключевым словам ищет научные публикации на эту тему. Например “синее свечение ген светится”. Типична ситуация, когда по одной из ссылок он действительно находит статью “британских ученых”, которая оказывается статьей группы китайских авторов, ни один из которых не отзывается на e-mail. С другой стороны, в статье можно выяснить название этого гена. Пусть он будет называться ButiBl1 (названия генов принято давать буквенными обозначениями + индекс, а впереди может идти несколько первых букв названия организма из которого он выделен, их можно отбрасывать). ButiBl1, например, может быть расшифровано как Butiavka marina blue light 1 gene. Но правила здесь не строгие.

По названию гена в базе данных нуклеотидов ищут последовательность гена.Вот что примерно видит ученый на экране:

Кстати, мы можем воспользоваться инструментом BLAST и введя последовательность ДНК, получить, к каким генам она может относиться. Это тоже очень важный рутинный инструмент для генных инженеров.

Итак, мы получили последовательность гена. Очень хорошо, что дальше? Нужно ведь получить сам ген. Для этого вернемся к вопросу о том, что такое ДНК.

Про ДНК.

ДНК – это длинная молекула (очень длинная), является полимером из четырех вариантов маленьких молекул – азотистых оснований, попросту “букв”.

В каждой клетке содержится от одной до нескольких десятков одинаковых молекул ДНК (обычно — две).

Я надеюсь, все это помнят, но если нужно освежить память, пожалуйста, в wiki :)

17

Итак, запомните главное:

1. ДНК – это молекула.2. Так как это молекула, то ее не видно в микроскоп, не подцепить пинцетом и т.д. и т.п.3. В клетке обычно одна-две такие молекулы.

Как же генные инженеры работают с молекулой ДНК если она одна и с ней невозможно провести никаких прямых манипуляций? Дело в том, что во всех процедурах происходит работа не с одной, а с множеством молекул ДНК, с тысячами и миллионами ее копий. Тысячи таких одинаковых молекул плавают в водном растворе и этот раствор называется “препаратом ДНК”. Все манипуляции с молекулами проводятся типичными химическими методами.

То есть ученые работают не с одной молекулой, а с огромным их количеством в растворе с применением химических методов.

Как же нам получить ген bl1? Есть два способа. Первый – прямой химический синтез. Однако им не получить достаточно длинные молекулы из-за ошибок синтеза. Поясню, почему.ДНК – это полимер. Его можно синтезировать наращивая по кирпичику, причем есть четыре кирпича разных цветов. На каждой стадии наращивания эффективность составляет порядка 99%. То есть из ста молекул одна получается неправильной. Теперь представьте, что нам нужно сделать молекулу длиной в 1000 букв? Тогда применяя банальную арифметику окажется, что доля верных молекул составит 0,99^1000=0,00004Учитывая, что разделить верные и неверные молекулы почти невозможно, наша затея тут потерпит фиаско, и в реальных задачах синтез более 100-150 букв уже представляется малореалистичным.

Остается второй способ.

Потрошим бутявкуМы выбиваем из шефа командировку на побережье Мальдивских островов, где только и водится пресловутая бутявка морская (Butiavka marina).

Ловим ее, толчем в порошок, заливаем последовательно разными химическими гадостями чтобы из всей массы тканей в растворе остались только молекулы ДНК. Конечный итог этого – препарат ДНК бутявки. Так как выделение производится из относительно большого образца, то там не одна молекула ДНК, а много – от каждой клетки по паре штук. Эта ДНК содержит не только ген bl1, но и все остальные бутявочные гены.

Этот этап называется выделением ДНК. Ее можно выделить не только в виде раствора, а переосадить и получить сухой препарат, то есть чистые молекулы ДНК.

АмплификацияИтак, командировка окончена, поэтому мы метнемся обратно в лабораторию где нас поджидает чудная процедура амплификации.

Смотрите, в препарате ДНК бутявки куча всяких разных генов, а не только нужный нам. Мы же можем работать только с однородными препаратами, нам нужно довести содержание молекул ДНК гена bl1 хотя бы процентов до 90. И тут мы применяем поистине чудесный прием, являющийся краеугольным камнем современной биоинженерии, называемым полимеразной цепной реакцией или ПЦР (polymerase chain reaction, PCR). За открытие этого метода присудили нобелевскую премию, хотя до сих пор ходят споры о приоритете, поэтому фамилий не называю, кому интересно – почитайте.

Принцип полимеразной цепной реакции довольно сложен, объяснение дам очень грубое и только для того чтобы было хоть какое-то представление, за подробным – добро пожаловать по ссылке выше. Итак, нам нужно размножить (амплифицировать) молекулы ДНК определенного гена. Для этого мы открываем страничку с последовательностью нашего гена и находим его концы. Берем 20-30 букв с конца и столько же с начала и синтезируем короткие молекулы ДНК химическим синтезом (обычно это делают специальные фирмы)

То есть мы имеем две новые пробирки. В одной из них плавает много коротких 30-буквенных последовательности ДНК, гомологичных началу гена, а во второй – то же самое, но для конца гена. Эти новые молекулы называются праймерами.

Теперь мы запускаем реакцию ПЦР, причем умножаться у нас будет участок между двумя праймерами (между начальным и концевым). Реакция ПЦР – это биохимическая циклическая реакция, требующая смены температуры. В свое время ее делали на водяных банях, теперь же используют специальные приборы – амплификаторы (они же ПЦР-машины). Их строение очень простое, там стоят элементы Пельтье, есть место для пробирок и ко всему этому присобачены электронные мозги и управляющая панель.

18

То есть вернулись мы в лабораторию с ДНК бутявки. Заказали два праймера — к началу и к концу гена. Потом взяли чистую пробирку, капнули туда чуть-чуть ДНК, чуть чуть каждого праймера, полимеразу (фермент, который строит ДНК), нуклеотидов для строительства ДНК, и немного солей для правильной работы фермента, поставили в амплификатор на пару часов. В амплификаторе смесь то нагревалась, то остужалась и на выходе мы получили пробирку в которой плавает очень много копий ДНК нужного нам гена.

Однако пробирка прозрачная, как увидеть что там есть какая-то ДНК, да еще нужная?

Детекция ДНК.

Существует много способов увидеть ДНК, я же опишу классический, называемый гель-электрофорезом.

В лаборатории имеется небольшая ванночка с электродами, называямая форезной камерой.В эту ванночку заливается расплав электрофорезного геля, который по сути очень похож на мармелад. Но вместо сахара там находятся добавки солей и флуоресцентный краситель – бромистый этидий. Это вещество интересно тем, что встраивается в молекулу ДНК и в этом случае начинает светиться в ультрафиолете.

После того как гель застынет мы наносим в лунку на нем препарат ДНК где предположительно уже должно быть много копий гена bl1 и включаем электрический ток. В другую лунку наносим “маркер веса” – специальный препарат молекул ДНК, состоящий в равных долях из молекул длины 100, 200, 300 и т.д. нуклеотидов.Молекулы ДНК полярны и движутся в электрическом поле, при этом чем они длиннее, тем сильнее цепляются за структуру геля и тем медленнее в нем движутся. Через некоторое время мы выключаем электричество и несем гель под ультрафиолетовую лампу. На той дорожке где мы нанесли маркер веса мы видим кучу полосок. Самая дальняя от места нанесения пробы соответствует самой короткой ДНК, самая ближняя – самой длинной. В соседних лунках ДНК бежит с одинаковой скоростью, поэтому мы сравниваем их расположение на соседних дорожках и можем определить, относительный размер.

Итак, мы обнаружили на дорожке где нанесли пробу одну светящуюся полоску и размер ее судя по соседнему маркеру веса является таким, каким мы ожидали.

Мы аккуратнентко вырезаем лезвием из геля этот светящийся кусочек – он содержит много ДНК гена bl1 запутавшейся в геле и с помощью специальных манипуляций высвобождаем из него молекулы.

Можно себя поздравить, мы выделили ген bl1 из бутявки!

Я рассказал только о первой стадии этого сложного и длинного процесса. Продолжать ли дальше? Решать вам :)

Генная инженерия от A до Z часть 2

Итак, настало время продолжения статьи о том, как все же сделать светящуюся елку к следующему новому году с применением настоящей генной инженерии, а не той, о которой вы до этого могли прочитать в новостях :)

19

Краткое содержание предыдущей серии:

Ученые открыли ген синего свечения. Мы прочитали об этом гене и загорелись сделать светящуюся трансгенную елку. Нашли в специализированных ресурсах его название и последовательность, выбили командировку у шефа и скатались туда, где живет животное – бутявка, в которой содержится этот ген.Путем различных ухищрений с применением специального оборудования мы получили чистые молекулы ДНК гена bl1, кодирующего белок синего свечения.

У нас есть ген. Чего же мы ждем, спросят читатели, давайте засунем этот ген в елку и она начнет светиться?

Не все так просто, и вот, почему.

Любой ген работает только когда с него считывается информация. В нашем случае это мРНК белка bl1. Более того, сама мРНК должна работать, но это отдельная история. Второе – ген должен передаваться при делении клетки ее потомкам. Иначе все пойдет насмарку. Третье – ведь ген это не булавка, его еще засунуть как-то нужно!

Если мы просто поместим в клетку ген, то ни информация с него не будет прочитана, ни передаваться он не будет (да, собственно, и с засовыванием его большие проблемы). Поэтому, мы должны навесить на него какую-нибудь служебную информацию, которая бы позволила ему работать и облечь в форму, которая позволит передаваться потомкам. А так же каким-то образом занести его в клетку.

Однако еще раньше мы постараемся сохранить имеющийся ген, чтобы в любой момент можно было его получить много и не ездить за бутявкой.

Первая трансформация.

Самая первая задача, которая стоит на каждом этапе – сохранить результаты предыдущих этапов. Актуальная задачи и в программировании, не правда ли? :)Сейчас мы поместим наш ген в бактерию, так, чтобы в любой момент мы могли ее размножить и достать оттуда необходимое количество. Это будет наш первый трансгенный организм и процесс его создания называется трансформацией.Почему мы просто не можем размножить ген с помощью ПЦР, как мы делали до этого? Дело в том, что вероятность ошибки в реакции ПЦР 1/10^3, а в бактерии 1/10^6, то есть копирование его происходит в тысячу раз точнее, а точность нам нужна абсолютная и чем больше, тем лучше.

Итак, помещаем ген в бактерию, как же это сделать? Для этого для начала подготовим контейнер — специальную кольцевую молекулу ДНК, называемую плазмидой. Эта плазмида может плавать в клетке бактерии независимо от ее генома, размножаться и передаваться потомкам, так как у нее есть необходимые для этого гены и сигнальные последовательности.

Так же в плазмиде есть гены маркёры. Это такие гены, которые помогут нам отобрать клетки с плазмидой, от клеток где ее нет. Маркёром, например, может быть ген окраски (бактерии с плазмидой будут окрашены) или устойчивости (бактерии с плазмидой не умрут на среде с антибиотиком).

Плазмиды можно купить в биотехнологической компании, их продают всем желающим. Прийдет она к вам в виде прозрачного раствора в небольшой пробирке (собственно, так же выглядит раствор любой другой ДНК). Для вставки гена в плазмиду ее нужно надрезать ферментом — рестриктазой (речь о ней пойдет далее), но часто они продаются уже надрезанными.

Допустим мы купили современную плазмиду, например pJET1,2 от Fermentas.

Вот она, красавица. В верхнем правом углу много мелких названий – это перечислены сайты рестрикции. Rep – это участок отвечающий за репликацию (размножение) плазмиды в клетке, а Amp – репортерный ген устойчивости к антибиотику – ампициллину.

К плазмиде поставляется набор реактивов, так называемый “кит”. Мы капаем по инструкции чуть чуть раствора нашего гена, плазмиды с реактивами из кита и фермента лигазы и получаем раствор, где молекулы плазмиды соединились с молекулами гена и получилась единая кольцевая молекула, содержащая ген bl1. Такую плазмиду называют “плазмида со вставкой”.Фермент лигаза сшивает пристыкованые друг к другу участки ДНК. Она сшивает все подряд и не может определить, правильно ли все пристыковано (например, может просто сшить плазмиду саму с собой, вовсе без нашего гена), поэтому наша задача делать так, чтобы стыковаться молекулы могли только определенным образом. Чуть дальше я расскажу об этом, когда пойдет речь о липких концах.

Плазмида pJet1,2 продается уже разрезанной посередине гена eco471R. Это ген кодирует клеточный яд – мощную рестриктазу, которая убъет клетку если лигаза сошьет плазмиду без вставленного гена bl1 и такая плазмида попадет в бактерию. Это очень удобно, так как нам не нужно беспокоиться, что вырастут бактерии, в которых вовсе нет вставки, что бывает с другими типами плазмид (этот тип

20

назван плазмидой-самоубийцей или “selfkill plasmid”).Изначально эта информация выходила за рамки статьи, но я подумал, что иначе будут вопросы, зачем этот ген :)

Далее берем специально подготовленную культуру бактерий кишечной палочки (Echerichia coli или E.coli) и по протоколу трансформации капаем в них раствор плазмиды со вставкой. Протоколы могут быть разные, вот пример. Бактерии очень легко поддаются трансформации, по сути ДНК просто в них проникает и все, никаких других ухищрений.

Обычно трансформацию делают вечером, наутро бактерии подрастают и мы уже имеем результаты.

На чашке Петри со средой для роста, имеется множество колоний. Каждая колония — потомки одной единственной трансформированной клетки. Мы выбираем некоторые из них, тестируем на содержание bl1 методом ПЦР (чтобы убедиться в наличии гена) и можем положить на хранение.

Бактерии растут очень быстро и теперь плазмиду с геном можно выделить из них в любой момент в нужном количестве

Итак, мы засейвились :) и параллельно получили культуру трансгенных бактерий. Будут они светиться или нет зависит от того, какую плазмиду для трансформации мы выбрали, есть ли в ней сигнальная последовательность для синтеза мРНК – промотор.

Отмечу, что вот такое сохранение промежуточных результатов всегда проводят в бактериях, независимо от того, с каким далее объектом происходит работа. Просто с ними очень удобно работать и хранить (быстро заморозив в жидком азоте).

Подготовка транскрибирующейся последовательности.Чтобы последовательность гена работала в клетке, с нее должна прочитываться мРНК(а с нее — белок), то есть она должна транскрибироваться. Для того чтобы это произошло, перед геном обязательно должна стоять управляющая последовательность – промотор.

Промоторы есть у всех генов и они отвечают за то, в каких условиях должен синтезироваться ген, однако определенные промоторы работают только в определенных организмах. Так, бактериальные промоторы не работают у растений и наоборот, растительные – в бактериях. Так как мы хотим, чтобы елка светилась ярко, то поставим ген под суперпромотор, который работает постоянно. Для растений им может являться промотор 35S из вируса мозаики цветной капусты.

К счастью на не нужно искать этот вирус и цветную капусту :) Можно купить уже готовую плазмиду, содержащую промотор и имеющую место для вставки гена. Например, такую как на рисунке.

Следующий шаг — мы выделяем плазмиду со вставкой из культуры бактерий и вырезаем оттуда ген. Вырезание производится с помощью ферментов-рестриктаз (просто к раствору плазмидной ДНК добавляем фермент и буфер для работы фермента). По бокам от встроенного нами гена в плазмиде содержатся участки ДНК (сайты рестрикции), которые ими узнаются и происходит разрезание.

Всегда нужно выбирать те рестриктазы, которые будут резать только в одном месте, не разрезая сам ген (определенная рестриктаза всегда узнает определенный сайт, который состоит обычно из 6 определенных нуклеотидов). Например, рестриктаза EcoR1 всегда разрежет ДНК если обнаружит в ней последовательность G'AATTC, причем резать будет и одну цепь и вторую.

21

Если рестриктаза режет не точно посередине последовательности узнавания, то по краям остаются так называемые “липкие концы”, где часть ДНК одноцепочечна. Такие концы имеют свойство “липнуть”- пристыковываться к другим липким концам с той же последовательностью одноцепочечных участков. Если последовательность будет иной, то стыковки не произойдет. Таким образом если мы вырежем ген двумя рестриктазами – одной для начала гена и другой для конца, то начало и конец его будут иметь разные концы, которые соединятся только с себе подобными. Это очень важно для контролирования ориентации гена, ведь работает он только если повернут определенным образом к служебным последовательностям.

Некоторые рестриктазы могут порезать четко посередине и получим “тупые концы”. По тупым концам тоже можно сделать сшивку, но получится 50% вероятность пришить ген не той стороной которой нужно, а задом наперед.

После вырезания гена очищаем его от остатков плазмиды с помощью электрофореза.

Аналогичным образом разрезаем купленную плазмиду с промотором и смешиваем ее с вырезанным геном.Добавляем лигазы и вуаля – имеем сшитую последовательность, где у нас имеется промотор 35S и ген bl1.

22

Снова трансформируем бактерии, уже этой полученной конструкцией. Так как мы ввели промотор, работающий у растений, то светиться такие бактерии не будут. Если бы мы ввели бактериальный промотор, то на этом шаге культура бактерий бы засветилась.

Плазмида с промотором, геном, маркёрами и другими служебными частями называется “плазмидой для экспрессии”. Ее уже можно использовать для получения трансгенных растений.

Это у нас второе сохранение. Мы уже знаем как заставить бактерии светиться и получили почти все необходимое, чтобы получить трансгенные растения.

Заметьте, процесс генноинженерной работы многоступенчатый и многозадачный. В реальной жизни одновременно происходит работа с 3-4 экспериментами находящимися на разных стадиях. Пока в одном растут бактерии, для другого мы проводим рестрикцию плазмиды, а для третьего выделяем ген. Происходит это из-за того, что никогда не бывает настолько идеально гладкого хода работ, как я описал, всегда возникают проблемы по разным причинам, их приходится обнаруживать, преодолевать. Даже на выявление ошибки на каждой стадии уходит минимум несколько часов.И именно для преодоления проблем нужен весь объем знаний молекулярного биолога, а не для последовательного капанья из одной пробирки в другую, чем может заниматься и лаборант :)

Но о том, как же мы все-таки получим светящуюся синим елку, я расскажу в заключительной статье. Там же приведу список оборудования и реактивов, с ценами :)

UPD:

июнь 2006 № 6 "В МИРЕ НАУКИ" Биотехнологии

Генная инженерия от A до Z часть 3

Краткое содержание предыдущих серий:

Ученые открыли ген синего свечения. Мы прочитали об этом гене загорелись сделать светящуюся трансгенную елку. Нашли в специализированных ресурсах его название и последовательность, выбили командировку у шефа и скатались туда, где живет животное – бутявка, в которой содержится этот ген.Путем различных ухищрений с применением специального оборудования мы получили чистые молекулы ДНК гена bl1.К этим молекулам ДНК навесили служебные последовательности для работы внутри клетки, и создали

23

трансгенные бактерии E.coli на их основе.

О трансформации растений.

В идеале, пока мы делали все манипуляции с генами, наш товарищ сосредоточенно работал над тем, что искал, каким образом можно транформировать елку. Если мы просто польем ее раствором ДНК гена bl1, пусть даже со всеми служебными областями, ничего не изменится. Нужно как-то поместить эти молекулы внутрь клетки, причем не просто внутрь клетки, а внутрь молекулы ДНК, находящейся в клеточном ядре.

И это очень сложная задача, сильно зависящая от того, что за организм мы трансформируем. Агент, который доставляет молекулы ДНК внутрь клетки называется вектором. Вектором может быть просто раствор ДНК, какие-то организмы (бактерии), вирусы, специальные частицы.

Способ доставки

Чаще всего растения трансформируют вектором на основе агробактерии (Agrobacterium tumefaciens). Это такая паразитическая бактерия, которая несет в себе гигантскую плазмиду, называющуюся Ti. Эта плазмида переносит в геном растения-хозияна гены, которые позволяют этой бактерии комфортно существовать. То есть бактрия сама по себе умеет встраивать куски своей ДНК в ДНК растения.

Так вот, бактерию можно обмануть и сконструировать для нее такую Ti плазмиду, чтобы там оставалось все необходимое для переноса, но заменить переносимую часть на ту, которая нам нужна, например на ген bl1 с промотором 35S из вируса табачной мозаики. Этот трюк является основой так называемой агробактериальной трансформации.

К сожалению с елкой не все так просто. Если честно, я вообще не слышал, чтобы ее смогли трансформировать. Для таких трудных объектов часто единственный способ – это прямая баллистическая трансформация или gene gun.

Это дорогой и сложный, но универсальный способ доставки ДНК внутрь клетки. Он заключается в том, что молекулы ДНК налепливают на микрочастицы золота, которыми потом выстреливают с большой скоростью в культуру клеток. В часть клеток эти частицы попадают и оставляют молекулы ДНК, которые с довольно низкой вероятностью встраиваются в геном.

Что именно мы трансформируем?Но, ведь даже если акт встраивания произойдет, он произойдет в одной клетке! Она как-то должна выжить среди массы других. Для этого используется генетический маркёр, который содержится в ДНК, которой мы выстрелили. Этим маркером может быть ген устойчивости к гербициду (веществу, ядовитому для растений).

Культуру клеток после выстреливания помещают на среду с гербицидом, к которым устойчивы только трансформированные клетки. На картинке видно, что часть каллусов желтая — мертвая, а часть зеленая. Вот так и проявляется действие гербицида. Каллусом называется неорганизованная масса недифференцированных растительных клеток.

Вы заметили что везде я веду речь не о целом растении, а о культуре его клеток? Это важное дополнение, невозможно «мутировать», то есть трансформаировать весь организм сразу (кстати, камень в огород безграмотных sci-fi про мутантов). Приходится работать с отдельными клетками. Приходится — потому что это сложно и неудобно, клетки вне организма очень капризны и часто не хотят расти так как нам нужно.

24

Получение живой культуры клеток — это отдельная биотехнологическая задача, о которой речь более иди не будет, так как она слишком сложна для включения в эту статью. Но в любом случае для работы с культурами клеток еще и стерильные условия, которые можно обеспечить, только приобретя ламинар-бокс и автоклав. Культуры клеток растут на особых средах в чашках Петри. В среды добавляют разные вещества для роста – соли, сахара и самое главное – определенный состав гормонов, который побуждает клетки делиться или формировать взрослые растения.

Конкретные шаги.Это было лирическое вступление, а теперь пойдет проза. Весь процесс разбивается на несколько стадий.

ПлазмидаБерем нашу плазмиду с имеющимися служебными последовательностями, вырезаем оттуда нужный кусочек (методами, описанными в части 2) и помещаем в купленную векторную плазмиду для переноса в растения. Этой плазмидой трансформируем агробактерии (методы так же описаны в предыдущей статье). Сразу с агробактериями мы не работаем потому что они значительно менее удобны чем E.coli и хуже растут.

Культура клетокПараллельно мы пытаемся получить стерильную клеточную культуру растения, используя литературные и собственные данные о том, на какой питательной среде лучше всего растут клетки этого вида. В качестве исходного материала для клеточной культуры используют семена или черенки, которые на среде с добавкой гормонов разрастаются в неорганизованную массу клеток — каллус. Обычно процесс получения культуры клеток занимает 1-2 месяца (так как обычно они растут медленно).

Культура бактерийПосле этого мы выращиваем культуру агробактерии или подготавливаем частицы золота с напылением ДНК для трансформации, в зависимости от того, какой способ подходит для этого вида растения.

ТрансформацияТеперь у нас все есть для трансформации. Мы проводим инкубацию с бактериями (около часа), либо выстрел частичками золота с помощью gene gun.

Отбор трансформантовПомещаем на среду с антибиотиками для убивания остатков бактерий и гербицидом для того, чтобы выросли лишь трансформированные клетки.

Регенерация

Через некоторое время трансформированные клетки формируют колонии – каллусы. Эти каллусы высеваются на среду с добавкой растительных гормонов (ауксинов и цитокининов) для регенерации.

Мы получаем трансгенные растения (в нашем случае — светящуюся елку)!

Далее нам предстоит испытать их на наличие вставки, ее работоспособность, но это уже отдельный разговор.

Вот схема процесса для улучшения понимания:

25

Как и в любом научном эксперименте, при трансформации обязательно нужно ставить контроли, то есть эксперименты, показывающие нам, что все сделано правильно.Положительным контролем для получения трансгенного растения служит трансформация с помощью купленного тестового вектора с наличием определенных маркеров. Если она произойдет, то это покажет нам, что мы все делаем правильно и наша методика подходит.

Отрицательным контролем служит отсутствие трансформации и помещение клеток сразу на среду с гербицидом. Для чего это нужно? Чтобы не оказалось, например, что такой дозы гербицида недостаточно для полного подавления роста нетрансформированных растений.

Если проведен положительный и отрицательный контроль, а трансформация не удалась, то это значит, что проблемы в нашей конструкции и нужно все переделывать

Ну а как вы хотели, генетическая инженерия непростая вещь :)

Помните, постановка контрольных реакций на каждой стадии эксперимента – необходимое условие для того, чтобы быть уверенным, что все идет как надо.

Вот и все, по-моему я обрисовал как мог процесс получения трансгенных растений в лаборатории. Надеюсь, информация показалась вам интересной :)

Заключение.

Помнится, я обещал посчитать стоимость оборудования (исходя из реальной стоимости про покупке б/у) и реактивов для осуществления этого процесса.

Амплификатор – 30 тысяч рублейЦентрифуга настольная – 20 тысячРеактивы (в виде готовых наборов) – 30 тысячИсточник тока, форезная камера, УФ лампа (трансиллюминатор) – 30 тысячЛаминар-бокс – 90 тысячАвтоклав настольный – 50 тысячАвтоматические дозаторы от 0,5 до 1000 мкл — 25 тысяч Весы лабораторные — 20 тысячРасходный пластик (пробирки, наконечники дозаторов, чашки петри и т.д.) — 7 тысячПрограммное обеспечение для работы с последовательностями ДНК– по-хорошему может стоить больше 1000$, но можно обойтись без него или использовать триальные версии.

Стоимость помещения и т.д. я не рассматриваю, так как оно слишком индивидуально.

В принципе видно, что с оснастить генетическую лабораторию могут довольно многие, было бы желание и умение. На сегодняшнем этапе оборудование дорогое, но не стоит космических денег.

А вообще, у меня есть серьезное ощущение, что генная инженерия сейчас только в начале своего долгого пути, так что и знания о ней будут не лишними никому :) Вряд ли распространение получат лаборатории «на коленке», но уже нет сомнений, что генетические технологии прочно войдут в медицинскую, пищевую отрасль, криминалистику. И кто знает, как оно пойдет дальше.

2all Извиняюсь за такую задержку в выпуске третьей части, она была написана давно, но никак не было времени ее довести до ума и опубликовать.

Ссылки на предыдущие части статьи:Первая часть: http://gleb-kudr.habrahabr.ru/blog/48533/Вторая часть: http://habrahabr.ru/blogs/biotech/48846/

26

Основной подход к исследованию мРНК базируется на методе обратной транскрипции (рис. 2), происходящем из открытия Д. Балтимором, Р. Дульбекко и Г. Теминым явления обратной транскрипции у вирусов (Нобелевская премия по   физиологии и   медицине, 1975 ). Ими был описан фермент обратная транскриптаза, который, используя молекулу РНК в качестве матрицы, строит вторую, комплементарную, цепь, но уже ДНК. Такая одноцепочечная комплементарная ДНК получила название кДНК (cDNA). Лабораторными методами эту кДНК можно «умножить» в миллионы раз и сохранить для последующего анализа. На методе обратной транскрипции базируются многие современные методы исследования для анализа клеточной системы транскрипции-трансляции.

Рис. 2. Схема обратной транскрипции

Однако тут есть один нюанс — чтобы обратная транскрипция началась, нужна короткая стартовая «затравка» (праймер), которая была бы комплементарна 3’-концу РНК (см. рис. 2). До сегодняшнего дня в качестве универсального праймера в основном использовался олигонуклеотид поли(Т), комплементарный поли(А)-хвосту. Теперь, когда оказалось, что поли(А)-хвост не столь уж инвариантен, возникает вопрос: является ли «универсальный» поли(Т)-праймер настолько уж универсальным?

Еще Эйнштейн утверждал, что в природе нет ничего случайного, а если нам что-то кажется случайным, то это лишь результат нашего неполного знания - случайное заполняет брешь между законами природы и нашим знанием о них.это умение эволюции

Ученые впервые вывели генетически модифицированных мартышек

By gali 30 мая 2009

Ученым удалось создать приматов, которые не только светятся зеленым цветом, но и передают эту особеннность потомкам.

В США приобретает популярность домашняя генная инженерия

В последнее время в США появилось много энтузиастов, которые в домашних условиях занимаются генной инженерией. Генетики-любители используют самодельные лаборатории и пытаются создать новые формы жизни, сообщает Associated Press.

27

К примеру, 31-летняя Мередит Л. Паттерсон (Meredith L. Patterson) у себя в столовой пытается создать генетически модифицированную йогуртовую бактерию, которая будет светиться зеленым светом, если в молоке присутствует меламин - токсичное вещество, использующееся в производстве красок, лаков и пластмассы. Напомним, что в сентябре этого года в Китае погибло четыре младенца, отравившихся молочной смесью, куда был подмешан меламин, а общее число детей, пострадавших от ядовитой продукции, составило около 53 тыс.

Создание полностью искусственного организма – вируса (2004 г массачусетский технологический институт. Дрю Энди) новое направление генной инженерии – синтетическая биология

Создание биодетектора скрытых мин. Нужные генетические "фразы" из пробирок встраиваются в геном бактерии. Бактерии распыляют на местности. Там, где есть тротил в почве (а он неизбежно просачивается из мины наружу) — бактерии синтезируют флуоресцентный белок. Приходим ночью и обезвреживаем мины (иллюстрация с сайта sciam.com).

И, так сказать, программно — чтобы каждый кирпич посылал определённые химические

сигналы и взаимодействовать с другими фрагментами кода.

Из ДНК можно составлять логические схемы (иллюстрация с сайта sciam.com).

Сейчас в MIT создали и систематизировали уже более 140 таких

элементарных кирпичиков — фрагментов ДНК.

28

Биолог Дрю Энди перебирает пробирки с кирпичиками жизни — синтезированными генетическими кодами (фото с сайта sciam.com).

Биологи научили бактерии синтезировать пластмассу

Примитивный чан с бактериями и обычный сахар в роли сырья — таким может стать в будущем производство пластмасс. Впечатляющее достижение генной инженерии продемонстрировала американская компания Genomatica.

Одна из самых изученных бактерий — кишечная палочка (Escherichia coli — E. coli), "любимица" микробиологов и один из частых объектов для опытов по генной инженерии, и на этот раз исправно выполнила поставленную задачу. Разумеется, после того как специалисты из Genomatica немного поколдовали над её кодом.Им удалось добиться того, что данная скромная труженица стала синтезировать бутандиол (1,4-butanediol — BDO), вообще-то являющийся для неё ядом, а уж никак не продуктом естественного метаболизма.

Найдены микроорганизмы, поедающие пластик

Новая бактерия, найденная специалистами, может принести настоящее спасение экологии, так как благодаря этим микроорганизмам можно будет избежать закапывания в землю миллиарда пластиковых бутылок. Псевдомонас способен превращать низкосортную пластиковую тару в более качественную пластмассу, которая подвергается разложению микроорганизмами (фитогемагглютинин).

Ученые создали новые разновидности генноинженерной кукурузыВ США созданы три разновидности генноинженерной кукурузы, листья и стебли которой приспособлены для переработки в этиловый спирт. В настоящее время его в основном получают из ценного пищевого продукта, кукурузных початков. Было бы куда лучше использовать в качестве сырья несъедобную целлюлозу, которая в изобилии содержится в стенках клеток кукурузных стеблей и листьев, говорят биологи. Для этого ее молекулы необходимо расщепить на молекулы сахаров, которые затем с помощью ферментирования можно переработать в этанол.

В принципе такое расщепление осуществить нетрудно. Для этого природа создала энзимы из семейства целлюлаз, которые синтезируют многие бактерии и грибы. Коровы и другие жвачные животные переваривают траву именно потому, что в их желудке обитают такие микробы. Такие бактерии используются и в биореакторах, служащих для получения целлюлозного этанола. Однако эта технология отличается дороговизной, и поэтому целлюлозный этанол пока не может конкурировать с этанолом из кукурузных початков и соевых бобов.

Профессор Мичиганского университета Мариам Стиклен решила наделить кукурузу

29

способностью к разрушению целлюлозы. В естественных условиях целлолоза расщепляется благодаря последовательной работе трех различных целлюлаз. Профессор Сиклен создала три генноиженерных сорта кукурузы, каждый из которых содержит ген одного из этих энзимов. Модифицированным растениям не грозит саморазрушение, поскольку ферменты накапливаются в полостях внутри клеток и не входят в контакт с клеточными стенками. Они высвобождаются только в ходе переработки растительной биомассы и запускают процесс расщепления целлюлозы.

Новая технология пока что не вышла из стен лабораторий, и для ее промышленного освоения надо преодолеть еще немало препятствий. Этим уже занялась американская фирма Edenspace Systems Corporation, которая рассчитывает добиться успеха через три-четыре года.

энергетической, продовольственной, экологической, фармацевтической. Реализация программы способствует сохранению территориальной целостности России.

В природе, не подвергающейся вмешательству человека, экосистема настроена на самоочищение т.е. природа сама справляется с переработкой более не нужного ей (мертвого) органического материала. В утилизации органики участвует почва содержащая естественную биоту (микроорганизмы, эдафон) - живой компонент, представленный разнообразными представителями растительного и животного мира. В одном грамме садовой почвы содержатся десятки миллионов микроорганизмов - сапрофитов, актеномицетов, грибков, олигонитрофилов, азотобактеров и клубеньковых бактерий, бактерий разлагающих клетчатку, аммонификаторов, нитрификаторов, денитрификаторов, анаэробных фиксаторов азота. Вместе микроорганизмы составляют микрофлору почвы отвечающую за метаболизм в результате которого мертвая органика перерабатывется в плодородный гумус. Деятельность человека оказывает на окружающую среду мощное техногенное воздействие в частности загрязнением почвы и воды отходами производств и жизнедеятельности, где значительную долю занимают органические загрязнители. В результате загрязнений почвы и воды органическими веществами подавляется естественная биота, меняются соотношения между отдельными группами микроорганизмов и в целом изменяется направление метаболизма, нарушаются естественные процессы самоочищения. В районах постоянных загрязнений почвенная микрофлора в субстратах загрязнителях насчитывает, не более нескольких тысяч КОЕ на 100 граммов субстрата, одни группы микроорганизмов сохраняют присутствие, в то время как количество других критически уменьшается, нарушаются процессы почвообразования, в почве и воде накапливаются неразлагаемые отходы. В загрязненной экосистеме с подавленной полезной микрофлорой развиваются вредные и патогенные микроорганизмы - в водоемах загрязненных питательными элементами азота и фосфора стремительно развиваются опасные сине-зеленые и бурые микроводоросли вызывающие отравление воды и заморы. Техногенные и антропогенные нарушения экологического баланса серъезно изменяют санитарное состояние в месте их образования, ухудшают условия жизнеобитания людей. Искусственное использование микроскопических почвенных обитателей для биологической утилизации органических отходов и нейтрализации загрязнителей получила название биоремедиации (bio - жизнь, remedio - лечение). В очищаемую среду или в утилизируемые отходы вносятся высокие концентрации специально отобранных различных видов микроорганизмов, составляющих сообщество (консорцию), которые ранее были выделены из почвы, селекционированы и размножены в форме готового к применению препарата. В результате в нужном месте в нужное время целенаправленно создается полезная микробиологическая активность заключенная в усвоении и переработке микробами мертвой органики в продукты метаболизма : углекислый газ (диоксид углерода, СО2), воду (H2O), гумус, формы азота. Подобные меры позволяют с высокой эффективностью нейтрализовать угнетающее действие загрязнителей на естественные процессы самоочищения почвы и воды, восстановить естественный метаболизм, активизировать аборигенную микрофлору и естественные процессы почвообразования, дыхания. К преимуществам биоремедиации относят недеструктивный характер в отношении окружающей среды, возможность целенаправленного и дозированного применения технологии в нужном месте в нужное время, достаточно высокая скорость и эффективность усвоения и переработки микроорганизмами органических отходов и загрязнений, искуственно заданные характеристики процесса утилизации, экологическая и гигиеническая безопасность. Cегодня, когда ухудшение экологических условий имеет особенно глубокий резонанс из-за высокой плотности населения и производства, биотехнология биоремедиации значительно способствует улучшению экологической обстановки и условий проживания людей, являясь резервом экологического благополучия на многие годы вперед.

30

Разработка наиболее рациональных приемов использования микробов в хозяйственной деятельности человека и сознательная селекция микробов стали возможны только после разработки микроскопических методов изучения и выяснения способов расселения и размножения микроорганизмов. Пути возникновения микробов с повышенной устойчивостью или с пониженными требованиями к питательным веществам как в природных условиях под влиянием естественного отбора, так и в искусственных условиях в результате деятельности селекционеров, имеют очень важное практическое значение. Человек заинтересован получить как можно быстрее полезные формы микробов. Интенсивность естественного отбора сильно влияет на быстроту появления устойчивых форм и чем более жесток этот отбор, тем быстрее выявляются устойчивые формы. При помощи ступенчатой селекции получают новые штаммы микроорганизмов, способные расти и давать высокую продуктивность в условиях экологического загрязнения.

Многие или большинство органических загрязнителей представляют собой сложные органические вещества которые не могут быть метаболизированы бактериями простой адсорбцией через стенку клетки. Для того чтобы преобразовать сложные органические соединения до простых, ассимилируемых клеточной адсорбцией, микроорганизмы синтезирует во внешнюю среду ферменты. Ферменты - внеклеточные белки, синтезируемые ферментирующими микроорганизмами в процессе жизнедеятельности, обладают способностями либо к синтезу, либо к разложению органических веществ. Например, фермент "лигниназа" способен разлагать вещество лигнин (лигнин составляет основу в древесины, его много в растительных отходах), фермент "целлюлаза" разлагает целлюлозу, фермент "липаза" разлагает жиры, "протеаза" - белки, "кератиназа" - кератин (основу волоса, пера) и.т.д. Полученные таким образом простые органические вещества усваиваются микроорганизмами путем адсорбции через стенку клетки и метаболизируется с образованием диоксида углерода. Сложные органические вещества разрушаются бактериями с помощью ферментов до простых и затем метаболизируется с образованием диоксида углерода.

В рамках экологической биотехнологии <<Микрозим>>(tm) разработан ряд микробиологических консорций (синергитических сообществ 6-72 видов микроорганизмов) обладающих строго заданными полезными свойствами необходимыми для гигиенически эффективного и экологически безопасного решения ряда острых экологических проблем:

- Биологическая очистка сточных вод : Cообщества 6-24 видов факультативных анаэробных (аэробных) (термины идентичны; ред.) микроорганизмов способных эффективно разлагать сложные органические соединения (жиры, белки, углеводы, сахара, углеводороды) до диоксида углерода в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных условиях микроорганизмы разлагают органические вещества используя т.н. "анаэробное дыхание" т.е. с помощью редуктаз получая кислород из кислородсодержащих соединений (например NO2-, NO3-, и др.), с выделением молекулярного азота N2 или NH3, NH4. В аэробных условиях бактерии используют обычное кислородное дыхание свободным кислородом, окисляя органику до диоксида углерода, при этом очистка воды от азота и фосфора происходит за счет накапливания азота и фосфора в клеточной массе микроорганизмов. Научно потдверждено, что очищенные таким способом стоки значительно интенсифицируют самоочищение водотоков и рекреационных водоемов т.е. биопрудов, полей фильтрации. Биопрепараты МИКРОЗИМ™ <<ГРИЗ ТРИТ>>, <<ВЭЙСТ ТРИТ>>, <<ДЭЙРИ ТРИТ>> рекомендованы для очистки промышленных сточных вод перед их сбросом на городские очистные сооружения. Учитывая то, что искусственно культивированные биоценозы уступают естественно выращенным биоценозам (активному илу) по способности адаптироваться, cорбировать загрязнение, удерживаться в проточной зоне, применение искуственно культивированных биоценозов целесообразно в слабопроточных очистных сооружениях: отстойниках, прудах биоочистки, накопителях.

- Очистка водоемов, восстановление биологического баланса и самоочищения водоемов : Очистка и восстановление нарушенных эвтрофированных водоемов ведется путем инокуляции водной экосистемы водоема консорцией (12) видов факультативных анаэробных (аэробных) микроорганизмов-сапрофитов способных эффективно участвовать в усвоении из воды и донных илистых отложений мертвых органических веществ и биогенных элементов в анаэробных (зоны донного ила и придонная зона) и в аэробных (толща воды, поверхностые воды) условиях с образованием диоксида

31

углерода, молекулярного азота, и клеточной массы. Технология позволяет полностью обезвредить донный ил, как источник вторичного загрязнения водоема, значительно интенсифицировать и полностью восстановить механизмы микробиологического, биохимического и физического самоочищения водоема, остановить циклическое загрязнение водоема микроводорослями, тиной, сине-зелеными водорослями, ряской. Биопрепарат (МИКРОЗИМ™ <<ПОНД ТРИТ>>) применяется для очистки и восстановления биологического баланса и самоочищения естественных и искуственных водоемов любых размеров.

- Очистка отстойников : Очистку отстойников от донных отложений и воды от органики, питательных элементов и патогенов выполнят факультативные анаэробные сапрофитные бактерии, чье действие позволяет превратить остойник из зловонного озера в эффективно работающий пруд биологической очистки воды и утилизации донных отложений. Эффективно работая в анаэробных (донный ил, придонная зона, толща воды) и аэробных (поверхностные воды) условиях микроорганизмы с помощью интенсивно синтезируемых во внешнюю среду в процессе питания ферментов (редуктаз, карбогидраз, липаз, протеаз, амилаз и др.) многократно интенсифицируют переработку сложных органических соединений (в том числе ароматических соединений) до диоксида углерода, молекулярного азота, клеточной массы. В анаэробных условиях разложение органики протекает с образованием молекулярного азота, NH3, NH4. В аэробныху условиях азот эффективно удаляется из стоков накапливанием в клеточной массе микроорганизмов. Одним из важных свойств микробиологических консорциумов является высокая конкуретная способность в борьбе с патогенной микрофлорой за первичный источник питания, что выражается в многократной интенсификации микробиологического самоочищения стоков и ила от патогенной микрофлоры. Консорции подавляют выделение сероводорода. Биопрепараты МИКРОЗИМ™ <<ВЭЙСТ ТРИТ >>, МИКРОЗИМ™ <<ДЭЙРИ ТРИТ >> , МИКРОЗИМ™ <<ЛАГУН ТРИТ >> очищают в отстойниках воду от органических веществ и питательных элементов, разлагают донные отложения на воду, углекислоту, нитриты, сульфаты, обеспечивает пробиотическую очистку от патогенной микрофлоры, уничтожает запахи, разжижает и сокращают объем твердых отходов на > 80%.

- Получение удобрений из отходов : Большое количество промышленных и бытовых органических отходов может быть использовано для получения органических удобрений: фекалии, навоз, отходы кожевенных производств, и др. Микробиологические консорции биопрепаратов Микрозим(tm) Вэйст Трит, Микрозим(tm) Гриз Трит, Микрозим(tm) Септи Трит, Микрозим(tm) Компост Трит способны эффективно разлагать сложные органические соединения с образованием диоксида углерода. В анаэробных условиях разложение сопровождается выделением молекулярного азота, NH3, NH4. В аэробных условиях азот и фосфор накапливаются в виде клеточной массы, представляя собой органическое азотно-фосфорное удобрение. Высокая антагонистическая способность микроорганизмов входящих в консорцию обеспечивает очистку удобрения от патогенной микрофлоры с более чем тысячекратной эффективностью.

- Утилизация и обезвреживание отходов животноводства (навоза) : Обезвреживание свиного навоза с применением биопрепарата Микрозим(tm) Вэйст Трит позволяет: значительно сократить выбросы в атмосферу аммиака и сероводорода из навозохранилищ и лагун, значительно уменьшить уровень неприятного запаха, превратить экологически и эпидемиологически опасный отход животноводства в чистое готовое к применению удобрение. МИКРОЗИМ™ ВЭЙСТ ТРИТ полностью биологический препарат содержит живую синергическую консорцию 6-12 видов естественных почвенных факультативных анаэробных (аэробных) сапрофитных микроорганизмов общим действием которых осуществляется интенсивное и полное разложение сложных органических веществ лигнина, целлюлозы, гемицеллюлозы, волокон, мочи до диоксида углерода. Микробиологическая консорция разлагает органические вещества до углекислоты в

32

анаэробных и в аэробных условиях. В анаэробных условиях деструкция органического вещества протекает с образованием молекулярного азота, NH3, NH4. В аэробных условиях азот и фосфор эффективно удаляются накапливанием в клеточной массе. Микроорганизмы консорции Вэйст Трит в цикле питания синтезируют во внешнюю среду внеклеточные белки ферменты (редуктазы, карбогидразы, липазы, протеазы, лигниназы, целлюлазы) обеспечивая интенсивную и полную деструкцию сложной органики до простых веществ ассимилируемых бактериями через стенку клетки и метаболизируемых до диоксида углерода. Подавление размножения патогенной микрофлоры обеспечивается за счет высокой антагонистической и конкурентной способности микроорганизмов консорции. Например если начальная концентрация патогенной микрофлоры составляет 6 000 000 КОЕ/дм3, то после обработки препаратом уже на 4-5 сутки их количество снизится до 6000 КОЕ/гр. Дальнейший процесс питания и размножения бактерий биопрепарата приводит к снижению бактериологического загрязнения до нормативов.

- Биоремедиация - биологическая очистка почвы и воды от нефти и нефтепродуктов : Экологические последствия разливов нефти и нефтепродуктов на почву и в водоемы эффективно устраняются синергетическим cообществом углеводородокисляющих микроорганизмов Микрозим(tm) Петро Трит. В результате взаимодействия биопрепарата и нефтяного загрязнения, углеводороды нефти усваиваются и преобразуются микроорганизмами в воду, углекислоту, и безвредные для окружающей среды продукты микробного метаболизма. Нефтяное загрязнение, нефтеотходы подвергаются полному биологическому разложению бактериями до экологически безвредных продуктов. 50% нефтяного загрязнения усваивается микроорганизмами менее чем за 1 месяц, а 99% массы нефтяного загрязнителя обезвреживается в сроки 2-4 месяцев вегетативного периода. Биопрепарат МИКРОЗИМ™ <<СОЙЛ ТРИТ>> очищает почву и воду от полихлоринированных бифенилов (ПХБ).

- Утилизация и обезвреживание твердых жиров, очистка жиросодержащих стоков : Пищевые жиры представляют собой сложную органику с длинной цепочкой, которая не метаболизируется микроорганизмами адсорбцией через стенку клетки. Утилизировать массу жира отделяемую при очистке сточных вод пищевых предприятий, очистить сточную воду от жиров помогут факультативные анаэробные бактерии- продуценты липолитических ферментов, для которых главным источником энергии жизнедеятельности и размножения являются фракции пищевых жиров. При взаимодействии биопрепарата (МИКРОЗИМ™ <<ГРИЗ ТРИТ>>) с пищевыми жирами, микроорганизмы биопрепарата интенсивно синтезируют во внешнюю среду внеклеточные липолитические ферменты благодаря действию которых происходит разжижение и деструкция твердой жировой массы до простых веществ успешно метаболизируемых клетками, вода очищается от растворенных жиров. В анаэробных условиях разложение жиров сопровождается образованием молекулярного азота, NH3,NH4. В аэробных условиях разложение жира сопровождается удалением из сточной воды азота и фосфора путем накапливания в клеточной массе. Биопрепарат (МИКРОЗИМ™ <<ГРИЗ ТРИТ>>) применяется для малоотходной работы накапливающих (непроточных или слаботочных) жироуловителей, утилизации жировой массы в накапливающих емкостях, повышения качества очистки воды от жиров, азота, фосфора в накапливающих очистных сооружениях с искуственной или естественной аэрацией, накопителях, отстойниках, септиках и сооружениях биологической очистки.

- Утилизация и обезвреживание фекалий, очистка хозфекальных стоков : Микробиологическая утилизация и обеззараживание твердых фекальных масс и очистка хозфекальных стоков - решение для владельцев систем индивидуальной канализации. Биопрепарат МИКРОЗИМ™ <<СЕПТИ ТРИТ>> полностью разжижает твердые фекалии, разлагает фекальную массу до диоксида углерода и минерализованного осадка, превращая содержимое септика или ямы в легкий донный осадок, занимающий 30% от исходной массы отходов, обеспечивает микробиологическое очищение стоков и осадка от патогенных микроорганизмов, уничтожает запахи эффективно разлагая ароматические соединения, в аэробных условиях очищает сточную воду от азота и фосфора. Биопрепарат (МИКРОЗИМ™

33

<<СЕПТИ ТРИТ>>) применяется для безотходной работы дренирующих септиков, уничтожения запахов, при необходимости быстрой ликвидации выгребных ям, очистки фекальных стоков в септиках и накапливающих или слаботочных сооружениях биологической очистки.

- Укоренное компостирование органики: . Обработка органической массы отходов биопрепаратом микроорганизмов-термофилов (внутреняя температура компоста >50 град. Цельсия) ускоряет превращение отходов в гумус, очищает гумус от патогенов. Биопрепарат (МИКРОЗИМ™ <<КОМПОСТ ТРИТ>>) разлагает влажные органические отходы на клеточном уровне до состояния гумуса в 3-4 раза быстрее, чем при обычном компостировании, обеспечивает микробиологическое очищение компостируемых отходов от патогенных бактерий, гельминтов, повышает содержание гумуса в почве. Биопрепарат (МИКРОЗИМ™ <<СТАБ ТРИТ>>) применяется для компостирования всех видов стерни. Биопрепараты (МИКРОЗИМ™ <<КОМПОСТ ТРИТ>>, МИКРОЗИМ™ <<СТАБ ТРИТ>>) применяются для повышения скорости и гигиенической эффективности компостирования..

- Уничтожение запахов, деодоризация: Интенсивные запахи органических отходов, навоза, отстойников, ила, выполнят аэробные и анаэробные факультативные сапрофитные бактерии эффективно разлагающие ароматические соединения, подавляющие образование сероводорода, и удаляющие азот путем накапливания в клеточной массе.

- Получение газа метан (биогаз) из органических отходов : Синергитическая консорция сапрофитных и метаногенных бактерий ускоряет вывод установки на проектную мощность, интенсифицирует отдачу биогаза. Сапрофитные бактерии обеспечивают более интенсивное (в 3-5 раз) и полное разложения первичного источника питания (органики отходов) до летучих жирных кислот, которые являются источником питания метаногенной консорции.

Микробно-ферментные биопрепараты МИКРОЗИМ™:

- cодержат ассоциации (6-72) видов естественных изолированных в природе генетически немодифицированных строго сапрофитных нетоксичных непатогенных почвенных микроорганизмов, нетоксичные непатогенные натуральные микробные ферменты полученные при культивировании биомассы микроорганизмов, и экологически чистую питательную основу,

- преобразуют сложные органические загрязнители до углекислоты и безвредных для окружающей среды продуктов микробного метаболизма,

- являются факультативными анаэробными (аэробными) (термины идентичны;-ред.) микроорганизмами способными разлагать сложные органические вещества до диоксида углерода в анаэробных и аэробных условиях.

- в анаэробных условиях способны освобождать молекулярный азот, или образовать NH3, NH4

- в аэробных условиях способны удалять азот и фосфор путем накапливания в растущей клеточной массе

- являются пробиотиками т.е.интенсифицируют микробное самоочищение почвы и воды, естественным образом подавляя размножение и ускоряя отмирание патогенных микроорганизмов за счет конкуренции за источник питания,

- полностью биологически разлагаемы,

- не содержат патогенных или условно патогенных микроорганизмов, генетически измененных микроорганизмов, не

34

содержат токсичных веществ и вредных примесей

- безвредны для человека, животных, рыб, насекомых растений, зоопланктона

- соотвествуют требованиям СанПин 2.1.5-9800 'Охрана поверхностных вод', и другим действующим нормативам

- не являются загрязнителями воды, почвы, воздуха

- прошли био-тестирование (инфузории - цериодафнии, тетрахимена периформис, светящиеся бактерии) с потдверждением 5-го класса опасности, т.е. безвредны для окружающей среды

- имеют cобcтвенный pH 7-7.5, не образуют резких кислотных и щелочных сред, безвредны для очистных сооружений, канализации

Биопрепараты МИКРОЗИМ(TM) производятся в 3 формах:

1. Сухой порошок. Живые бактерии в форме сухих спор и ферменты помещены на сухом порошковом органическом носителе например из кукурузной муки (в качестве носителя могут использоваться различные материалы). Срок хранения биопрепарата в сухой форме составляет от 1.5 до 3.5 лет с момента выпуска при температурах +10-40С в сухом месте.

При взаимодействии сухой формы биопрепарата с водой или влажной средой, бактерии в течение 12-18 часов переходят в активное состояние, начинают питаться и размножаться. Не допускается хранение гидратированного препарата более 48 часов.

2. Жидкость. Живые микроорганизмы cтабилизированы в водной среде. В отличие от сухой формы, срок хранения биопрепарата в жидкой форме ограничен до 6 месяцев.

3. Твердый растворимый дозатор. Споры микроорганизмов и ферменты смешаны с растворимой органической массой. При растворении органического носителя в воде, микроорганизмы постепенно высвобождаются в воду. Срок хранения биопрепарата в форме твердого дозатора до 2 лет.

Титр биопрепарата составляет 1-4 миллиардов (1-4 x 10 в 12 степени) живых клеток способных образовывать колонии (КолониеОбразующих Единиц - КОЕ). Каждая клетка в процессе жизнедеятельности дает 'потомство' в геометрической прогрессии.

1. ТЕХНОЛОГИЯ УСКОРЕННОГО КОМПОСТИРОВАНИЯ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА Разработан способ и технология ускоренного компостирования лигноцеллюлозных отходов деревоперерабатывающей и лесохимической промышленности, в том числе гидролизного лигнина. Технология основана на активном действии составленной ассоциации непатогенных микроорганизмов (закваски), участвующих в биотрансформации и гумификации лигнина и углеводов в присутствии минеральных добавок.

2. Модульная установка для утилизации растительных отходов городского хозяйства методом экспресс-компостирования Установка в поточном режиме перерабатывает лиственные, древесные и другие отходы городского хозяйства, пищевой и лесотехнической промышленности в эффективные, экологически чистые органические удобрения в виде компоста с высоким удобрительным потенциалом.Установка транспортабельна, имеет блочно-модульное исполнение, состоит из блоков загрузки и выгрузки, смешивания компонентов и биоферментации.

3. Очистка территории от твердых отходов. Имеет место мнение, что при "запуске" процесса компостирования ТБО отсутствует необходимость внесения в сырьё соответствующих культур микрофлоры - микробных инокулятов, поскольку в отходах уже имеются все необходимые виды флоры, адаптированные к биотермическому процессу .Вместе с тем, теория и практика биотехнологий, связанных с биоконверсией энергии отходов микроорганизмами, свидетельствует о значительных резервах санитарной эффективности ферментации отходов, целенаправленно инокулированных специальными, иногда патентованными, композициями микроорганизмов. Внесение в сырьё перед биоферментацией естественного микробного инокулята в виде ранее приготовленного, богатого термофилами, готового компоста, обеспечивает более динамичную и интенсивную (на 8-10°С), по сравнению с контролем, теплопродукцию процесса, а санитарно-бактериологические показатели продукции, полученной в опытных условиях, были существенно лучше (на 2-3 порядка) показателей компоста, изготовленного в контрольных ферментаторах.

4. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РОССИЙСКИХ БИОТЕХНОЛОГИЙ АВТОР: Шаров В.И.

35

5. ТЕХНОЛОГИЯ XXI ВЕКА В РОССИИ. БЫТЬ ИЛИ НЕ БЫТЬ? АВТОР: Специальный корреспондент журнала "Наука и жизнь", кандидат химических наук О. Белоконева КОММЕНТАРИЙ: Kакие ассоциации возникают у россиянина при словах "технология" или "технологи ческий процесс"? В лучшем случае выпускники советской средней школы вспомнят о технологии машиностроения или самолетостроения, металлургических процессах, химической и космических технологиях. И это неудивительно. Биологической науке должного внимания не уделялось, да и сегодня в старших классах общеобразовательной школы на ее изучение отводится всего лишь час в неделю. Между тем единственное направление, которое Организация объединенных наций официально признала технологией ХХI века, - биотехнология. Сегодня биотехнология, говоря языком транспаран тов, - движущая научно-технического прогресса любой страны. 16 ноября 2000 года по инициативе Комитета Государственной думы по промышлен ности, строительству и наукоемким технологиям были проведены парламентские слушания: "О перспективах развития российской биотехнологии". Сам факт их проведения - признание приоритетной важности биотехнологии и тяжелейшего положения, в котором эта отрасль находится сегодня в России

6. БИОТЕХНОЛОГИЯ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ИЗДАТЕЛЬСТВО: Пущинский Государственный университет АВТОРЫ: Боронин А.М., член-корреспондент РАН КОММЕНТАРИЙ: Загрязнение окружающей среды требуют принятия адекватных мер для предотвращения этого процесса и ликвидации уже существующих очагов загрязнения. Использование в этих целях живых организмов получило название биоремедиации. Биоремедиация включает в себя комплекс научных разработок и технологий, задачей которых является использование биохимического потенциала аборигенных, адаптированных или модифицированных биологических систем, прежде всего микроорганизмов, для деградации или детоксикации поллютантов

7. ФОРМИРОВАНИЕ РЕМЕДИАЦИОННЫХ БИОЦЕНОЗОВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ВОДНЫЕ И ПОЧВЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ ИЗДАТЕЛЬСТВО: Государственное унитарное предприятие Самарской области «Экология» АВТОРЫ: ЯНКЕВИЧ МАРИНА ИВАНОВНА КОММЕНТАРИЙ: Разнообразная деятельность человека, связанная с варварской эксплуатацией среды обитания, привела к угрозе потери природных ресурсов Земли на рубеже веков и поставила задачу сохранения и защиты природы. Биотехнологии защиты окружающей среды - это тот инструментарий, который призван обеспечить восстановление затронутых деятельностью человека экосистем. Одним из современных методов, используемых при разработке экологически чистых технологий защиты окружающей среды и восстановления природных ресурсов, является биоремедиация - это наиболее щадящий метод сохранения биоразнообразия и обеспечения устойчивости очищающих биоценозов.

8. Селекция промышленных штаммов микроорганизмов для биодеградации соединений фенольного ряда в газовоздушных и водных потоках АВТОРЫ: В.Н. СМИРНОВ, М.В. РЯБКИН*, А.Ю. ВИНАРОВ ФГУП «ГосНИИсинтезбелок», Москва, 109004 *Московский Государственный университет пищевых производств, Москва, 125080 КОММЕНТАРИЙ: Проведен экспериментальный скрининг штаммов микроорганизмов по их способности к биодеградации фенола. Подобраны бактериальные штаммы Micococcus lactis и Arthrobacter simplex, способные к устойчивой утилизации фенола в среде с концентрацией до 500 мг/л. Исследована почвенная микрофлора на производственных территориях и активный ил из очистных сооружений, содержащих в качестве загрязнений соединения фенольного ряда. Выделены и селекционированы методом проточного культивирования два вида бактериальных культур, активно утилизирующие фенол. Культуры идентифицированы как Pseudomonas species и Alcaligenes species, проведена их проверка на патогенность. Установлено, что ассоциация этих культур способна стабильно утилизировать фенол с концентрацией в среде 1500 мг/л при скорости роста m=0,5 ч-1.

9. ЖУРНАЛ "БИОТЕХНОЛОГИЯ'' КОММЕНТАРИЙ: Журнал "Биотехнология" публикует экспериментальные статьи и аналитические обзоры по всем аспектам современной биотехнологии: поиск, селекция и конструирование продуцентов биологически активных веществ, совершенствование технологии их производства, использование биотехнологических препаратов и экологические проблемы, которые биотехнология создает или способна решить. "Биотехнология" является единственным журналом, который публикует работы в данной области, выполняемые во всех странах СНГ

10. Структура инновационной отрасли - биотехнологии. АВТОРЫ: В.Авдеенко, Финансовый директор, руководитель департамента инвестиционного консалтинга,"Abercade Consulting" КОММЕНТАРИЙ: Биоиндустрия - инновационная

отрасль. Это означает, что продукция отрасли предназначена для значительного изменения потребительских свойств товаров других отраслей. Сама по себе биоиндустрия не создает продукт - но она придает новые свойства продуктам других отраслей. Инновационность не является постоянным свойством какой-либо отрасли1. Потребность в инновациях возникает на том этапе,

когда рынок требует существенного улучшения или изменения набора качеств продукта, а добиться такого улучшения/изменения традиционным способом уже невозможно. В этот момент рынок резко увеличивает потребление инноваций - происходит селекция

новых подходов и технологий их реализаций. В итоге отстраивается новый технологический набор, позволяющий создавать продукт с заданными свойствами, достигая при этом приемлемой рентабельности и обеспечивая стабильное качество.

поиске методов лечения различных ее нарушений.

36