Кормовые добавки биотехнологического генеза

ВУЗ ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова»

 

Кафедра микробиологии, вирусологии и биотехнологии

 

Задание по подготовке курсовой работы:

 
Студенту Степановой О.И.                    Зав. кафедрой: ___________                                                                            

                            (Ф.И.О.)                                                               (подпись)

 

Тема работы: Кормовые добавки            Руководитель:__________                      

биотехнологического генеза                                                           (подпись)

               (наименование темы)

 

утверждена кафедрой: _________________________________

 

Дата выдачи задания:         Задание принял к исполнению:

 

______________________                     Студент _____________________

                                                                                            (подпись)

Исходные данные к работе:                 13

                                                          (шифр, номер варианта)

 

Перечень вопросов, подлежащих разработке:

1. Брожение, виды, значение. 2. Амплификация и экспрессия генов. 3. Буферные системы, свойства, типы. 4. Способы повышения эффективности антибиотических препаратов. 5. Вопросы, задачи, упражнения (4 и 17).

 

Рекомендуемая литература:

1. Горбатова, К.К. Биохимия молока и молочных продуктов / К.К. Горбатова. - 3-е изд., перераб и доп. - СПб. : ГИОРД, 2004. 2. Блинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Блинов. - СПб. : Издательская фирма «Наука» 1995. 3. Шевелуха, В.С. Сельскохозяйственная биотехнология / В.С. Шевс-луха и др. - М. : ВШ, 2003. 4. Глик, Б. Молекулярная биотехнология Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак ; пер. с англ. Н.В. Баскаковой и др.; под ред. Н.К. Янковского. - М. : Мир, 2002.

 

Срок сдачи законченной работы:    __________________________

                                                                 (заполняется проверяющим)

Содержание 

Введение……………………………………………………………………...4

Раздел 1. Принципы селекции микроорганизмов: гибридизация…....6

Раздел 2. Иммобилизация ферментов путем поперечных сшивок….16

Раздел 3. Как определить и от чего зависит плотность молока?.........25

Раздел 4. Кормовые добавки биотехнологического  генеза…………...32

Раздел 5. Задачи…………………………………………………………....44

Раздел 6. Выводы……………………………..............................................50

Заключение………………………………………………………………....51

Список источников литературы………………………………………...52

 

Введение

Биотехнология – дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

К первоочередным задачам современной  биотехнологии относятся создание и широкое освоение:

1. новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста, антител);
2. микробиологических средств защиты растений от болезней и вредите­

 лей, бактериальных удобрений  и регуляторов роста растений, новых высокопродуктивных и устойчивых  к неблагоприятным факторам внешней  среды гибридов сельскохозяйственных  растений, полученных методами генетической  и клеточной инженерии;

3. ценных кормовых добавок и биологически активных веществ (кормового белка, аминокислот, ферментов, витаминов, кормовых антибиотиков) для повышения продуктивности животноводства;
4. новых технологий получения хозяйственно-ценных продуктов для использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях промышленности;
5. технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газовоздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.

Целью данной курсовой работы является изучение кормовых добавок, производимых биотехнологическими методами.

Задачи:

1. освоение рынка кормовых добавок в России и зарубежом;
2. выявление современных проблем животноводства;
3. изучение кормовых добавок, производимых методами биотехнологии и применяемых в животноводстве;
4. поиск подробной информации по кормовым добавкам, производимым компанией «Биоэнергия»;

 

 

 

 

Раздел 1. Принципы  селекции микроорганизмов: гибридизация

Микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы, простейшие и  др.) играют исключительно важную роль в биосфере и хозяйственной деятельности человека. В природе известно более  чем 100 тыс. видов  микроорганизмов.

Качественный скачок в  их использовании произошел в  последние десятилетия, когда были установлены многие генетические механизмы  регуляции биохимических процессов  в клетках микроорганизмов.

Многие из них продуцируют  десятки видов органических веществ  – аминокислот, белков, антибиотиков, витаминов, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов, пигментов, сахаров, которые широко используются в разных областях промышленности и медицины[1]. Такие отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, молочных продуктов, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов.

Селекция микроорганизмов (в отличие от селекции растений и животных) имеет ряд особенностей:

1) у селекционера имеется  неограниченное количество материала  для работы: за считанные дни  в чашках Петри или пробирках  на питательных средах можно  вырастить миллиарды клеток;

2) более эффективное  использование мутационного процесса, поскольку геном микроорганизмов  гаплоидный, что позволяет выявить  любые мутации уже в первом  поколении; 

3) простота генетической  организации бактерий: значительно  меньшее количество генов, их  генетическая регуляция более  простая, взаимодействия генов  просты или отсутствуют.

Эти особенности накладывают  свой отпечаток на выбор методов  селекции микроорганизмов, которые  во многом существенно отличаются от методов селекции растений и животных.

 

Методы современной селекции –  это генетическое конструирование, т. е. совокупность приемов, с помощью которых сознательно изменяют генетическую программу микроорганизмов.

К ним относят:

1. конъюгацию – один  из способов трансформации, при котором в результате физического контакта (через секс-пили) происходит передача генетического материала от одной бактерии (донора) другой (реципиенту), относящихся к одному, редко к разным видам. (Установлена у представителей семейств  энтеробактерий и псевдомонад).
2. трансдукцию – перенос генетического материала (часть молекулы ДНК с содержащимися в ней генами) из одной клетки в другую с помощью вируса, что приводит к изменению наследственных свойств клеток–реципиентов.
3. трансформацию – один  из способов рекомбинации, состоящий в передаче через окружающую среду фрагмента генома лизированной бактерии-донора бактерии-реципиенту.
4. и другие генетические процессы (например, индуцирование мутаций).

Важным подходом в селекционной работе с микроорганизмами является получение рекомбинантов путем  гибридизации. Еще 15 лет назад был разработан метод гибридизации соматических клеток для проведения генетических исследований на клеточных культурах. На его основе была создана методика генетической рекомбинации путем искусственно вызываемого слияния протопластов; ее уже удалось с успехом применить на материале грибов и растений[2].  Лишь недавно этот метод генетической рекомбинации был испытан и на бактериях: получали протопласты и затем индуцировали их слияние путем обработки полиэтиленгликолем. Из слившихся протопластов в определенных экспериментальных условиях регенерировали морфологически полноценные клетки, из которых получались стабильные рекомбинанты, обладавшие некоторыми признаками обоих родительских штаммов[1].

Слияние протопластов позволяет  объединить генетические материалы  таких микроорганизмов, которые  в естественных условиях не скрещиваются.

В опытах по гибридизации обычно берут генетически маркированные штаммы микроорганизмов – чаще всего ауксотрофные мутанты и мутанты, устойчивые к ингибиторам роста. Это позволяет выявлять колонии, совмещающие признаки обоих родителей .

Если исходные клетки были гаплоидными (т. е. содержали только один набор хромосом), то в результате последующего слияния ядер (кариогамии) появится диплоидная клетка (зигота), несущая два набора хромосом в одном ядре (рис. 1). У некоторых микроорганизмов, например у Nеиrosроrа сrassа, диплоидное ядро сразу же подвергается мейозу. Вегетативные диплоиды у этого организма неизвестны. В ходе мейоза каждая из хромосом продольно расщепляется и какое-то время состоит из двух сестринских хроматид. Гомологичные хромосомы образуют пары и обмениваются частями своих хроматид в результате кроссинговера. Затем формируются гаплоидные половые споры, каждая из которых может содержать новый набор генов, которыми различались родительские клетки, в результате рекомбинации генов одной и той же хромосомы, а также разных хромосом при перераспределении хромосомных пар (рис. 1).

У аспергилл, дрожжей-шизосахаромицетов, водоросли хламидомонады диплоидное ядро иногда начинает делиться и образуются диплоидные вегетативные клетки. С другой стороны, у дрожжей-сахаромицетов вегетативные клетки обычно диплоидны, а мейоз и образование гаплоидных половых спор происходит лишь в специальных условиях.

Если после слияния  клеток ядра не сливаются, то образуются формы со смешанной цитоплазмой и ядрами разного происхождения – гетерокарионы. Более или менее устойчиво сохраняющиеся гетерокарионы свойственны мицелиальным грибам, например пенициллам. Гетерокарионы и гетерозиготные диплоиды, образующиеся при слиянии генетически разнородных клеток, имеют ряд общих свойств. И в том, и в другом случае в цитоплазму поступают продукты активности каждого из двух гомологичных генов, происходящих от обеих родительских клеток. В связи с этим наблюдается явление доминирования, т. е. проявление или преобладание признака одного из родителей. Например, способность к синтезу какого-либо метаболита обычно доминирует над рецессивным признаком – неспособностью к его образованию. Доминантность и рецессивность определяются свойствами аллелей, т. е. гомологичных генов, находящихся в альтернативных состояния[4].

При размножении полученного  в результате гибридизации гетерозиготного  диплоида или гетерокариона происходит расщепление – появление в потомстве форм, обнаруживающих не только доминантные, но и рецессивные признаки родителей.

 

 

                

Рис. 1. Схема рекомбинации у эукариот (по Д. Хопвуду, 1984):

I – гаплоидные клетки;

II – слияние клеток;

III – слияние ядер, (содержащих две хромосомы), образование диплоидной клетки, мейоз;

 IV — формирование гаплоидных клеток с новым набором хромосом

 

Для получения протопластов (рис.2) у микроорганизмов (этот процесс называют протопластированием) используют несколько методов. Одни из них основаны на подавлении синтеза клеточной стенки структурными аналогами ее компонентов и антибиотиками. С этой целью используют пенициллин и фосфомицин или высокие концентрации аминокислот глицина, метионина, треонина и др. Указанные соединения так или иначе нарушают синтез пептидогликана – основного компонента оболочки бактерий.

У дрожжей для получения  протопластов применяют 2-дезоксиглюкозу – аналог глюкозы, препятствующий образованию у них клеточной стенки. В настоящее время эти методы в основном утратили самостоятельное значение.

Вторая группа методов предполагает ферментативный лизис клеточной стенки. С этой целью у бактерий широко используют фермент лизоцим, который растворяет пептидогликан. В некоторых случаях эффективность образования бактериальных протопластов повышается, если дополнительно обрабатывать клетки протеолитическими ферментами и липазами. У грамотрицательных бактерий обработку лизоцимом ведут в присутствии этилендиаминтетраацетата (ЭДТА) и только в этом случае получают удовлетворительные результаты (2). Иногда используют более специфические ферментные препараты: лизостафин – для получения протопластов у стафилококков, мутанолизин – для получения протопластов у молочнокислых бактерий.

Для протопластирования мицелиальных грибов и дрожжей применяют литические ферменты из актиномицетов или грибов базидиомицетов[1]. Клеточная стенка дрожжей эффективно растворяется также пищеварительным соком виноградной улитки Нeliх ротаtiа («геликаза»), который содержит несколько десятков различных ферментов. Кроме того, используют ферментные смеси, состоящие из геликазы, целлюлазы, гемицеллюлазы, хитиназы, пектиназы и других ферментов.

Нередко для получения протопластов клетки выращивают сначала в присутствии ингибиторов синтеза клеточной стенки, а затем обрабатывают их литическими ферментами. Например, протопластирование коринебактерий с помощью лизоцима осуществляют после культивирования их в среде с низкими (субингибирующими) концентрациями пенициллина.