Об’єкти біотехнології
Тварини
Нові породи атлантичного лосося (фірма AquaBounty).
В ікринки ввели свій ген гормону росту під контролем промотора гена антифризного білка бельдюги.
Тому, на відміну від звичайного гена, який працює тільки в теплі місяці, як у більшості риб, трансген працює цілий рік.
Трансгенні лососі за рік виросли в 11 разів (!) більше за своїх звичайних родичів
Трансгенні кози з генами гормону росту людини, лактоферину, факторів згортання крові та ін.
Лікування порушень зростання (карликовості)
Трансгені тварини�
продуценти фармацевтичних білків, широкого спектру гормонів, факторів росту та ферментів, що мають потенційне застосування у фармакології та не поступаються за біологічною активністю аналогам, що отримуються з інших систем експресії.
Тварини обмінюються генами з паразитичними бактеріями 1% геному людини – паразитичного походження
Бактерії Wolbachia в яйці осы
Рослини
1.Вищі рослини - сировина для фармацевтичної промисловості: бруньки та однорічні пагони тополі представляють сировину при виготовленні простагландинів, смола сосни - це напівпродукт отримання скипидару, смола ялиці - це сировина для бальзамів, камфорне дерево – сировина для отримання камфори тощо.
2. Водорості – отримання білкової маси (спіруліна), отримання біогазу, очищення стічних вод (хлорела), отримання кисню
3. Одержання якісно нових продуктів на основі трансгенних рослин
Трансгенні біотехнології в рослинництві – це ще один підглянутий людиною у природі метод отримання ГМО.
Антонівка – спонтанна
генетична зміна
Салат (Lactuca sativa) –
індукована мутація
Тёрн (Prunus
spinosa) (2n=32)
Алича (Prunus divaricata) (2n=16)
Слива домашня (Prunus
domestica ) (2n=48 хромосом) –
віддалена гібридізація
Основні напрямки використання трансгенних рослин :
якісно нові продукти,
нові ліки
промислові технології
вирішення екологічних проблем
наукові дослідження
Історія отримання трансгенних рослин
Основні культури�трансгених рослин
Бабовна 9%
Соя 54%
Рапс 8,99%
Кукурудза 28,00%
Картопля 0,01%
За даними Американського департаменту сільського господарства, у 2016 році у Сполучених Штатах генетично модифіковані сорти становили 85% загального врожаю сої, 76% – бавовни та 45% – кукурудзи.
П'ятірка країн, де вирощують найбільше трансгенних рослин. Це США – 117,6 мільйонів акрів (47 млн. га), Аргентина – 40 мільйонів акрів (18,8 млн. га), Канада – 13,3 (5,3), Бразилія – 12,4 (5) та Китай. - 9,1 мільйона акрів (3,6 млн. га).�
Отримання якісно нових продуктів на основі трансгенних рослин :
Уповільнення дозрівання, контрольоване дозрівання (зниження втрат при транспортуванні; доступність цілий рік)
Поліпшення харчових та технологічних властивостей (створення повноцінної та збалансованої їжі)
Стійкість до гербіцидів (зниження застосування отрутохімікатів)
Стійкість до комах-шкідників (повна відмова від використання інсектицидів)
Стійкість до хвороб (високий урожай, зниження вартості продукції, зниження застосування фунгіцидів)
Трансгенні рослини з підвищеною лежкістю плодів
Пектин не руйнується, т.к. у геномі є додатковий ген полігалактуронази
Трансгенні рослини із зміненими термінами дозрівання плодів
У ТР із блоком синтезу етилену (гормон дозрівання) плоди зберігаються дуже довго.
Трансгенні рослини із зміненими якостями плодів та насіння�
Антоціан – потужний антиоксидант із протизапальними властивостями (боротьба з раком, хворобами серця, ожирінням, діабетом, порушеннями зору, віковими недугами).
Картопля сорт “Солоха”
Трансгенні рослини із зміненими якостями плодів та насіння
Рис - основне джерело харчування більшої частини людства. Через нестачу вітаміну А щороку помирає 1 млн дітей +230 млн страждають на захворювання (ВООЗ).
Золотий рис – сорт, геном якого введено 2 гени біосинтезу каротиноїдів.
Зараз геном золотого рису введений ген феритину сої, який заповнює дефіцит заліза в зерні.
Новий сорт (метаболічна інженерія)
У троянди немає F3′5′H, флавоноїд-гідроксилази, тому немає дельфінідину.
Щоб отримати блакитне забарвлення, геном троянди внесли ген синтезу цього ферменту з фіалки, а також ген DFR (дигідро-флавонол редуктази) з ірису.
Трансгенні рослини із зміненими якостями плодів та насіння
1. Зміна складу амінокислот у білку (сірковмісних метіоніну та цистеїну) шляхом введення відповідних кодонів; генів, що кодують білки багаті цими ак; генів, що регулюють синтез)
2. Зміна складу жирних кислот у насінні (збільшення частки поліненасичених жирних кислот – олеїнової, незамінних лінолевої та ліноленової)
3. Зміна вмісту вуглеводів (крохмалю, цукрів)
4. Поліпшення смаку плодів та ін.
Трансгенні, рослини стійкі до гербіцидів (створення генетично модифікованих рослин, стійких до раундапу та ін.)
Трансгенні рослини, стійкі до комах ("рослини-пестициди")
Bt-токсин - білковий токсин Bacillus thuringensis, використовують вже 40 років.
Нестійкі молекули білків не накопичуються у природі — швидко розпадаються до амінокислот + більш специфічні, тобто. знищують лише певних шкідників
Гени, що контролюють синтез Bt-токсину (Monsanto, Ciba Seeds)�
Трансгенна картопля: ген працює головним чином у листі. У бульбах картоплі - слідова кількість Bt .
Щоб отруїтися, одній людині треба з'їсти близько 500 кг сирої картоплі на день.
Трансгенна картопля дозволена для вирощування та вживання в їжу в США, Канаді, Мексиці, Японії та Румунії. Два сорти картоплі New Leaf Plus (Ньюліф) проходять випробування.
Трансгенна картопля, спостереження за якою ведуться вже три роки, стабільно дає врожай на 50-90% більшевыше контроля.
Розумні побоювання :�
1. Зміна мікробіоти людини (підвищення її стійкості до антибіотиків)
2. Горизонтальне перенесення ("витік" генів)
3. Алергенні властивості екзотичних білків
4. Зменшення біорізноманіття
5. Замовлення генів
Стійкість до антибіотиків – найзручніша ознака для відбору трансгенних рослин.
Однак у 2002 р. ЄС заборонив використовувати гени стійкості до антибіотиків, оскільки існує потенційна загроза попадання цих генів у бактерії шлунка та кишечника.
Chlorella vulgaris
За своєю поживністю не поступається м'ясу і значно перевищує пшеницю. Якщо в пшениці міститься 12% білка, то в хлорелі його більше 50%. Клітини хлорели руйнуються під великим тиском, а отриману масу спресовують таблетки або залишають у вигляді порошку. Інший варіант - повне висушування водорості при інтенсивному перемішуванні протягом 4 годин при температурі близько 50 ºС. В обох випадках достатньо додати води, щоб отримати поживну масу, яка засвоюватиметься людським організмом.
Здатність видів дюналієли відкладати у клітині каротиноїди використовують у практиці - їх добувають пігмент каротин, широко застосовуваний у промисловості.
Мікроорганізми
Для промислового використання штам-продуцент повинен характеризуватися такими властивостями:
Переваги використання мікроорганізмів як об’єктів біотехнології - одного з найперспективніших напрямків промисловості
1. Пластичність метаболізму мікроорганізмів та їх здатність до адаптації.
Лише мікроорганізми здатні змінювати напрямок метаболізму під впливом умов культивування або внаслідок штучної перебудови спадкових структур самої клітини.
2. Мікроорганізми у сотні разів продуктивніші за тваринами та рослинами, що обумовлює високий вихід цільового продукту.
3. Простота культивування мікроорганізмів, їх технологічність.
4. Різноманітні методи направленого створення штамів мікроорганізмів із заданими властивостями.
5. Низька вартість мікробіологічного виробництва (вихідним матеріалом мікробного синтезу може бути дешева та доступна сировина).
В біотехнології застосовують штами 5х груп
мікроорганізмів:
Дріжджі: (Saccharomyces cerevisia , Candida )
Міцеліальні гриби: (Aspergillus,Penicillium,
Rhizopus, Cephalosporium)
Бактерії: грампозитивні організмі: аеробні
спороутворюючі бактерії роду Bacillus,
деякі корінеформні бактерії
(Corynebacterium), грамнегативні бактерії -
оцтвокислі бактерії та види Xanthomonas.
Актиномицети(Streptomyces)
Архебактеріїї (метанотрофні бактерії)
����Різні штами дріжджів Saccharomyces cerevisiae використовують при виготовленні пива, вина, хліба й отриманні етилового спирту. Як джерело білка і вітамінів на нехарчовій сировині використовують дріжджі роду Candida. �
���Міцеліальні гриби використовують для отримання органічних кислот: лимонної (Aspergillus niger), глюконової (A. niger, Penicillium chrysogenum), ітаконової (Aspergillus tereus), фумарової (Rhizopus nigricans); для отримання антибіотиків пеніциліну та цефалоспорину використовують P. chyzogenum, P. notatum та Cephalosporium sp.; препарати вітаміну В2 та β-каротину одержують, використовуючи Eremothecium ashbyii, Ashbyii gossypii та Blakeslea trispora.�
����Актиноміцети (грампозитивні бактерії, які характеризуються високим (більше 55%) вмістом гуаніну і цитозіну в ДНК та мають міцеліальну форму) - є активними продуцентами антибіотиків, зокрема актиноміцети роду Streptomyces.�
Bacillus spp.
Lactobacillus spp.
Lactobacillus bulgaricus
Продукти і продуценти, що їх утворюють
Продукти | Продуценти |
Харчові продукти, маринади, кисломолочні продукти. Оцет | Leuconostoc, Pediooccus, Lactobacillus, Streptococcus, Acetobacter aceti |
Харчові та кормові добавки Глутамат, лізин та ін. Інозинова кислота і рибонуклеотиди. Вітаміни | Corynebacterium glumaticum, Brevibacterium flavum, C.glumacum Різні бактерії, наприклад Propionobscterium freudenreichii subsp.shemanii |
Ферменти (протеаз, а-амілази, глюкозоізомераза, пеніцилінацилаза | Bacillus licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. licheniformis, Actinohlanes missoriensis, Streptomyces sp., Escherichia coli |
Розчинники Етанол п-Бутанол, ацетон Молочна кислота | Zymomonas mobilis Clostridium acetobutylicum Lactobacillus sp |
Полісахариди Ксантан. Декстран. Альгінати. | Xanthamonas campestris, Leuconostoc mesenteroides. Azotobacter vinelandii |
Бактерійні та ентомопатогенні препарати. Добрива. | Різні види роду Rhizobium Bacillus thuringiensis |
Лікувальні засоби. Стероїди Антибіотики Амінокислоти | Мікобактерії. Актиноміцети і Bacillus sр. Бактерії роду Bacillus |
Класифікація біооб'єктів у біотехнології
Людина. Проти використання людини як біооб'єкта у біотехнології заперечує етика. Людину можна використати:
1. Донор крові - необхідно, щоб людина була здорова, кров не повинна бути заражена, при взятті крові не повинен порушуватися гомеостаз.
2. Донор органів та тканин (після його смерті).
3. Клітинні лінії
4. Стовбурові клітини
5. Використання культур клітин шкіри в замісній терапії при опіках та культур клітин ендотелію для реконструкції стінок судин
Тварини (ссавці).
Рослини
Мікроорганізми