Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Алтайский государственный аграрный университет»

Биолого-технологический факультет

Кафедра общей биологии, биотехнологии и разведения животных

Направление подготовки «Зоотехния»

Контрольная работа

Дисциплина «Биотехнология и генная инженерия»

Выполнила В.Ю. Козлова

студентка заочного отделения

Проверила: к.с.-х.н.,

доцент И.Г. Жукова

Барнаул 2021 г.



Оглавление

• Введение
• 1. Кто такие животные-биореакторы и какие животные - биореакторы уже получены?
• 1.1 Трансгенные животные (биореакторы), их получение и роль в современном мире
• 1.2 Получение трансгенных животных
• 2. Строение размножение и питание бактерий
• 2.1 Строение бактерий
• 2.2 Питание бактерий
• 2.3 Размножение
• 3. Сырье для приготовления питательных сред
• Термины, встретившиеся при выполнении работы
• Заключение
• Библиографический список


Введение

С давних времен человек методом искусственного отбора создавал сорта культурных растений и породы сельскохозяйственных животных для питания и других хозяйственных нужд [4]. Современные методы генетики и селекции позволили многократно ускорить этот процесс. Селекция проводилась для увеличения продуктивности, плодовитости и урожайности, устойчивости к вредителям и заболеваниям, неблагоприятным условиям среды, для улучшения вкуса, внешнего вида, лежкости плодов и овощей, для повышения содержания белка в зерне, жирномолочности коров и многого другого.

Однако основой всех этих работ был собственно геном того вида, который использовался в селекционной работе, и все возможности всегда были ограничены этими рамками. В последние десятилетия XX века был предложен способ перешагнуть через этот барьер и придать культурным растениям и сельскохозяйственным животным свойства и признаки, которыми они не обладали ранее. Этот способ - создание трансгенных организмов. В наши дни трансгенные организмы перестают быть редкостью и значение их для биологии и медицины трудно переоценить. Искусственное включение практически любого интересующего исследователей гена позволяет физиологам изучать на трансгенных животных различные отклонения в гомеостазе организма, иммунной системе, в эмбриогенезе и во многих других случаях [5].



1. Кто такие животные-биореакторы и какие животные-биореакторы уже получены?

1.1 Трансгенные животные (биореакторы), их получение и роль в современном мире

Трансгенные животные-биореакторы. Биореакторами называют организмы, продуценты лекарственных белков. Биореакторами могут быть любые живые организмы - бактерии, грибы, растения, животные - и даже клеточные культуры. У каждого из таких организмов-биореакторов есть достоинства и недостатки. Бактерии, например, легко модифицируются методами генной инженерии, быстро размножаются и их удобно использовать в промышленных биотехнологических установках. Таким методом производят генноинженерный инсулин человека - в настоящее время наиболее качественный из получаемых промышленным способом инсулинов. Однако для нормального функционирования белков человека очень важны те изменения, которые происходят на посттрансляционном уровне: гликозилирование, ацетилирование, фосфорилирование, карбоксилирование и некоторые другие преобразования.

Большая часть биохимических механизмов, обеспечивающих эти процессы, отсутствует у прокариот, и белки, синтезируемые ими с матриц генов человека, не полностью идентичны белкам из клеток человеческого организма. Другая сложность связана с выделением и очисткой лекарственного белка - бактериальные клетки идут в переработку целиком, и поэтому трудно избавиться от всех посторонних примесей в конечном продукте. Трансгенные дрожжевые культуры и культуры клеток человека не имеют этих недостатков, но продуктивность таких систем в настоящее время ниже, чем та, которая уже получена у экспериментальных трансгенных животных [2,4,5].



1.2 Получение трансгенных животных

Исследования в биомедицине сосредоточены в основном на том, чтобы создать широкий спектр моделей заболеваний человека, включая такие, как атеросклероз, диабет, гипертонию, болезнь Альцгеймера, ретинобластому, онкологические и многие другие заболевания. Модели трансгенных животных, как правило, мышей, позволяют изучать механизмы развития и лечения болезней человека [3].

Для переноса генов млекопитающих используют три метода:

1. микроинъекцию рекомбинантной ДНК в пронуклеос зиготы;

2. использование ретро вирусов в качестве векторов;

3. инъекцию трансформированных эмбриональных стволовых клеток в эмбрион.

Все методы переноса генетической информации млекопитающих охватывают ранние этапы онтогенеза - от оплодотворенной яйцеклетки до формирования бластоцисты, способной имплантироваться в матку реципиента.

Трансгенные мыши являются также незаменимой модельной системой и для тестирования генетических конструкций перед получением сельскохозяйственных трансгенных животных-биореакторов, способных с молоком продуцировать белки человека.

Наиболее широко используемый метод введения трансгена - микроинъекция в пронуклеусы (мужское и женское ядро) зиготы в тот момент, когда спермий проник в яйцеклетку, и пронуклеусы готовятся к слиянию. Суть метода заключается во введении в мужской пронуклеус с помощью микроманипулятора со стеклянным капилляром (диаметр кончика 1 мкм) раствора экзогенной (чужеродной) ДНК (500-1000 копий гена). Эта процедура проводится под микроскопом со специальной оптикой, позволяющей видеть пронуклеусы в трехмерном измерении [2].

Эффективность интеграции трансгенов в геном, т.е. число трансгенных животных от общего числа родившихся при использовании данного метода в зависимости от вида животных колеблется незначительно. Так, у мышей этот показатель составляет 5-15%, у свиней - 10-15%, у кроликов - 10%, у овец, коз и коров - 5-10%.

Можно выделить следующие этапы получения трансгенных животных:

1) получение зигот от гормонально стимулированных самок;

2) микроиньекция раствора ДНК генных конструкций в мужской пронуклеус зиготы;

3) трансплантация проинъецированных зигот самкам-реципиентам, подготовленным для вынашивания беременности;

4) анализ родившихся потомков на присутствие трансгена методом полимеразной цепной реакции (ПЦР-анализ);

5) анализ трансгенных животных по наследованию трансгена, экспрессии рекомбинантного белка, его биологической активности; необходимо узнать, активен ли встроенный трансген, передается ли он потомкам, обладает ли белок всеми биологическими свойствами его природного аналога и соответствует ли уровень продукции биотехнологическим целям;

6) создание линии (стада) трансгенных животных для научных или биотехнологических целей.

В ряде стран разрабатывается проект создания трансгенных животных, резистентных к ряду заболеваний. Однако известны немногие гены, контролирующие специфическую резистентность к возбудителям болезни. В селекции КРС планируются работы по введению генов резистентности к наследственным болезням, болезням конечностей, маститу и др.[8].

Улучшить качество продуктов животноводства можно путем создания трансгенных животных, в геноме которых содержится желаемый ген. Проводятся исследования по объединению регуляторной области гена белка и информационного района гена хозяйственно полезного признака. Предложена модель снижения содержания лактозы в молоке коров и овец. Нарушение синтеза лактозы приводит к наследственной болезни - галактоземии с острыми хроническими проявлениями. Предполагается, что получение трансгенных коров и овец, несущих в геноме ткане-специфический промотор и сцепленный с ним ген лактозы на глюкозу и галактозу продуцировать молоко с высокими лечебными свойствами. В Австралии - разрабатывают проект пересадки новых генов, кодирующих два фермента. Эти ферменты ответственны за синтез аминокислот - цистеина и метионина, необходимых для роста шерсти. Недостаток указанных кислот в организме овцы лимитирует рост шерсти [2,7].

Получение терапевтически ценных белков человека в молоке трансгенных животных - одно из перспективных направлений современной биотехнологии. Стратегия создания сельскохозяйственных молочных животных в качестве биореакторов основана на введении в управляемую регуляторными элементами одного из «генов молока» коровы, козы или овцы комбинированной генетической конструкции, содержащей последовательность ДНК человека, кодирующую необходимый белок. Согласно этой стратегии, такие трансгенные животные способны синтезировать на высоком уровне белок человека исключительно в молочной железе и секретировать его в молоко, которое в свою очередь становится источником для выделения белка человека [2,7].

В настоящее время имеются примеры успешного применения этой технологии, и созданы трансгенные козы, овцы, кролики, свиньи - продуценты человеческих белков: антитрипсина, сывороточного реактивного белка С, антитромбина, факторов VIII и IX свертываемости крови, лактоферрина, кальцитонина и др. (Wall et al., 1997; Rudolph, 1999; Гольдман и др., 2002 [6].

Фармакологический рынок рекомбинантных белков, полученных из молока трансгенных домашних животных оценивается в 1 млрд. долл. в настоящее время и прогнозируется его развитие до 18,6 млрд долл. к 2013 г. (Niemann и др., 2007) [22].

Тестирование новых генно-инженерных конструкций, как правило, производится на трансгенных мышах из-за того, что большинство крупных животных - потенциальных продуцентов лекарственных белков человека имеют длительный репродуктивный период и к тому же дорого обходятся. Анализ генетических конструкций на трансгенных мышах позволяет быстро отобрать из них наиболее перспективные как по уровню продукции заданного белка, так и по его биологическим свойствам [5].

Проекты по получению трансгенных биореакторов, как правило, состоят из трех частей: создание генетической конструкции, включающей ген человека под управлением регуляторных областей одного из «молочных генов» (например, казеиновых), тестирование ее на трансгенных мышах и, наконец, введение отобранных конструкций в геном молочных животных.

Получение эффективного продуцента - большая удача и гарантия в относительно сжатые сроки создания стада его потомков, обеспечивающих рынок ценным фармакологическим продуктом. При таком стаде создается лаборатория по выделению и очистке рекомбинантного белка, который передается в соответствующие фарминституты для тестирования, проведения его предклинических и клинических испытаний и разрешения применения получаемого лекарства в медицинской практике.

Создание трансгенных животных может способствовать решению многих проблем, с которыми человечество сталкивается на всем протяжении своей истории. Это, прежде всего, продовольственная проблема и проблема создания лекарственных препаратов и их получения в достаточном количестве [4].

Технология создания трансгенных животных является одной из наиболее бурно развивающихся биотехнологий в последние 10 лет. Трансгенные животные широко используются как для решения большого числа теоретических задач, так и в практических целях для биомедицины и сельского хозяйства. Некоторые научные проблемы не могли бы быть решены без создания трансгенных животных. На модели трансгенных лабораторных животных проводятся широкие исследования по изучению функции различных генов, регуляции их экспрессии, фенотипическому проявлению генов, инсерционному мутагенезу и др. Трансгенные животные важны для различных биомедицинских исследований [23].

Американская корпорация Genzyme Transgenics проводит исследования с целью создания трансгенного крупного рогатого скота, содержащего в молоке человеческий альбумин. Альбумин используется в терапии для поддержания осмотического давления в крови. Genzyme Transgenics занимается разработкой аналогичных методов получения человеческого гормона роста и в интерферона. В Англии созданы трансгенные овцы, молоко которых содержит фактор свертывания крови. В России получены свиньи, несущие ген соматотропина. Они не отличались по темпам роста от нормальных животных, но изменение обмена веществ сказалось на содержании жира. Такие трансгенные свиньи были созданы для изучения цепочки биохимических превращений гормона, а побочным эффектом явилось укрепление иммунной системы [6].

Трансгенных животных получают и для целей ксенотрансплантации (пересадки органов человеку). Одним из излюбленных доноров органов являются свиньи, так как имеется анатомическое сходство органов и сходство иммунологических свойств. Реакции отторжения при трансплантации имеют сложный механизм. Одним из сигналов для атаки организма на чужой орган являются белки, локализованные на внешней поверхности мембраны. У трансгенных свиней эти белки заменены на человеческие.

Существует множество трансгенных животных, моделирующих различные заболевания человека (рак, атеросклероз, ожирение и др.). Так, получение трансгенных свиней с измененной экспрессией генов, определяющих отторжение органов, позволит использовать этих животных для ксенотрансплантации (пересадки органов свиньи человеку) [8].

Одна из таких ситуаций - раковое заболевание. Надежды на излечения больных от СПИДа также связывают с генной терапией. При этом используется соматическая трансфекция - метод, когда генетические конструкции вводятся в определенные клетки и ткани организма пациента. В 1999 году был опубликован обзор по этой тематике. А по данным Американской ассоциации здравоохранения за 1999 год только в США до клинических испытаний было допущено около 200 генотерапевтических разработок. Как и все другие методы лечения, генотерапевтические методы разрабатываются и проходят испытания на модельных трансгенных животных.

В практических целях трансгенные животные используются различными зарубежными фирмами как коммерческие биореакторы, обеспечивающие производство разнообразных медицинских препаратов (антибиотиков, факторов свертываемости крови и др.). Кроме того, перенос новых генов позволяет получать трансгенных животных, отличающихся повышенными продуктивными свойствами (например, усиление роста шерсти у овец, понижение содержания жировой ткани у свиней, изменение свойств молока) или устойчивостью к различным заболеваниям, вызываемым вирусами и другими патогенами. В настоящее время человечество уже использует множество продуктов, получаемых с помощью трансгенных животных: медицинские препараты, органы, пища [8,9].

Развитие биотехнологии сельскохозяйственных животных, в том числе генная инженерия, открывает новые возможности развития животноводства. Уже имеющиеся результаты по получению трансгенных животных говорят о возможности изменения ряда важнейших хозяйственно - ценных признаков.

Другим важнейшим направлением генной инженерии является получение трансгенных особей с интегрированными в геном генными конструкциями, связанными с усилением иммунитета животных к инфекционным заболеваниям [24].

Третьим актуальным направлением генной инженерии животных является получение животных продуцентов биологически активных веществ, необходимых в медицине, ветеринарии и технологии переработки продуктов животноводства. Многие биологически активные вещества не могут производиться традиционными методами в достаточных количествах и с желательным качеством. Трансгенные животные часто являются единственной надеждой тяжелобольных людей на получение необходимых им лекарств [7,8].

трансгенный организм животный биореактор бактерия



2. Строение размножение и питание бактерий

Бактерии - самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение [10].

Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.

Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук - голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз [10].

Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство - Бактерии. Бактерии - многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме (рис.1.) [12].

Рис. 1. Формы бактерий

Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других - на двух или по всей поверхности [13].

Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.

У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно - азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии - передвигаться в капиллярах почвы [17].

В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80єС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.

Бактерии - самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90єС, не теряя при этом жизнеспособность [15].

Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.

В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.

Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.

В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины [13].

2.1 Строение бактерий

Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой - клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи - капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула - не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания [14].

На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются (Рис. 2)

Рис. 2. Строение бактериальной клетки

Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, - нуклеиновая кислота - ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро [16].

Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.

В центральной части клетки локализовано ядерное вещество - ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра - нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом [18].

2.2 Питание бактерий

У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы - организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Гетеротрофы - организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества. Гетеротрофные бактерии подразделяются на сапрофитов, симбионтов и паразитов (см. таб.1)

Таблица 1

Гетеротрофные бактерии

Бактерии-сапрофиты	Бактерии-симбионты	Бактерии-паразиты
Извлекают питательные вещества из мёртвого и разлагающего органического материала. Обычно они выделяют в этот гниющий материал свои пищеварительные ферменты, а затем всасывают и усваивают растворённые продукты.	Живут совместно с другими организмами и часто приносят им ощутимую пользу. Бактерии, живущие в утолщениях корней бобовых растений.	Живут внутри другого организма или на нём, укрываются и питаются его тканями. Вызывают различные заболевания - бактериозы.

Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других - без его участия.

Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли [17].

Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.

Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой - раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные - нет [20].

Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.

Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.

Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны [21].

Одни бактерии нуждаются в готовых органических веществах - аминокислотах, углеводах, витаминах, - которые должны присутствовать в среде, так как сами они не смогут их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Они получают необходимую им энергию при окислении органических веществ кислородом или при сбраживании (без участия кислорода). В зависимости от субстрата, на котором развиваются бактерии, различают [16]:

· сапрофитные формы - питаются мёртвым органическим веществом (молочно-кислые бактерии, бактерии гниении я и др.);

· бактерии-паразиты - развиваются только на живых организмах (менингококки, гонококки, и др.);

· относятся и к паразитическому, и к сапрофитному образу жизни (палочки сыпного тифа, сибирской язвы, бруцеллёза и др.).

Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:

Фотосинтезирующие бактерии	Хемосинтетики	Метилотрофы
Cинтезируют органические вещества за счёт солнечной энергии. Цианобактерии, пурпурные бактерии и зелёные бактерии.	Синтезируют органические вещества за счёт химической энергии окисления серы - серобактерии; аммония и нитрита - нитрифицирующие; железа - железобактерии; водорода - водородные бактерии.	Синтезируют органическое вещество за счёт химической энергии метаболизма углеродных соединений, содержащих метильную группу, простейшими из которых является метан.

Хемосинтез. Использование лучистой энергии - важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений - сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.

Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Эти бактерии живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образовавшегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагирует с минеральными соединениями почвы, превращаются в соли азотной кислоты. Этот процесс проходит в две фазы [12].

Железобактерии превращают закисное железо в окисное. Образованная гидроокись железа оседает и образует так называемую болотную железную руду.

Некоторые микроорганизмы существуют за счёт окисления молекулярного водорода, обеспечивая тем самым автотрофный способ питания.

Характерной особенностью водородных бактерий является способность переключаться на гетеротрофный образ жизни при обеспечении их органическими соединениями и отсутствии водорода.

Таким образом, хемоавтотрофы являются типичными автотрофами, так как самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения, а не берут их в готовом виде от других организмов, как гетеротрофы.

От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии отличаются полной независимостью от света как источника энергии.

Бактериальный фотосинтез. Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие специфические пигменты - бактерио-хлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода является сероводород (изредка - карбоновые кислоты), а у зелёных растений - вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощённых солнечных лучей [17].

Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией.

Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:

6СО₂+12Н₂S+hv > С6Н₁₂О₆+12S=6Н₂О

Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы [14].



2.3 Размножение

Спорообразование. Внутри бактериальной клетки образуются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность. Это обеспечивает устойчивость спор к неблагоприятным условиям внешней среды (высокой температуре, высокой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий.

Споры - не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное промораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий - это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях [18].

Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее.

После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение [13].

При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес - 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100єС, в результате борьбы между видами и т.д.

Бактерия (1), поглотившая достаточно пищи, увеличивается в размерах (2) и начинает готовиться к размножению (делению клетки). Её ДНК (у бактерии молекула ДНК замкнута в кольцо) удваивается (бактерия производит копию этой молекулы). Обе молекулы ДНК (3,4) оказываются, прикреплены к стенке бактерии и при удлинении бактерии расходятся в стороны (5,6). Сначала делится нуклеотид, затем цитоплазма.

После расхождения двух молекул ДНК на бактерии появляется перетяжка, которая постепенно разделяет тело бактерии на две части, в каждой из которых есть молекула ДНК (7).

Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).

По перемычке ДНК из одной бактерии переправляется в другую (3). Оказавшись в одной бактерии, молекулы ДНК сплетаются, слипаются в некоторых местах (4), после чего обмениваются участками (5) [20].



3. Сырье для приготовления питательных сред

Основные требования, предъявляемые к питательным средам [15]:

1. должны содержать все питательные вещества, необходимые для жизни бактерий (белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы);

2. иметь оптимальную pH - для большинства бактерий pH 7,2-7,4 (за исключением холерного вибриона и палочки Коха - pH 9,0 и 6,5);

3. иметь оптимальную влажность (свежеприготовленные среды);

4. изотоническое состояние (осмотическое давление среды) должно быть такое же, как внутри бактериальной клетки;

5. должны быть стерильными;

6. посуду для приготовления питательных сред категорически запрещается обрабатывать дезрастворами. Только автоклав или кипячение.

Питательные среды подразделяются на следующие виды [20]:

По исходным компонентам:

1. Натуральные (мясо-пептонный агар, сыворотка, кровь, молоко и др.)

2. Синтетические (из химических органических и неорганических соединений)

По консистенции:

1. Жидкие (бульоны)

2. Плотные (агаровые - 1 и 2% и безагаровые - свернутая сыворотка, яичные среды)

3. Полужидкие (0,5% агар)

По назначению:

1. Основные - для выращивания большинства бактерий. Простые (мясо-пептонные) и сложные (содержащие кровь, сыворотку, желчь и др. компоненты)

2. Элективные - для выделения определенного вида бактерий (солевой агар, щелочной агар)

3. Дифференциально-диагностические среды - для определения биохимической активности (кровяной агар, желтковый агар)

4. Накопительные (жидкие, среды обогащения) среды - селенитовый бульон, желчный бульон.

5. Консервирующие среды - для транспортировки и хранения исследуемого материала - глицериновая смесь, фосфатный буфер.

Исходным сырьем для приготовления натуральных питательных сред служат продукты животного и растительного происхождения: мясо, молоко, яйца, картофель, костная и рыбья мука, а также сгустки крови, плацента, казеин. Исходные продукты варят, получая бульон (мясо-пептонный бульон). Полученный бульон осветляют, фильтруют, определяют pH с помощью индикаторной бумаги и pH-метра. Доводят до нужной pH добавляя щелочь или кислоту. Бульон разливают в колбы и стерилизуют в автоклаве при 1 атм. 20 минут [21].

Питательный бульон служит основой для приготовления различных сред. Для получения плотных агаровых питательных сред к питательному бульону добавляют 2% агара, для полужидких - 0,5% агара.

Агар - это продукт морских водорослей, обладающий свойством плавится при температуре 80-85єС и затвердевать при 40єС. При добавлении к бульону агар превращает его в плотную среду (при комнатной температуре до 40єС). Плотные среды, содержащие агар, называют агаровыми.

Безагаровые плотные среды - свернутая сыворотка, свернутый яичный белок сами по себе являются плотными. Свертывание белков крови, яйца проводят в свертывателе Коха при температуре 85єС в течение 3 дней по 1 часу. В настоящее время в микробиологической практике чаще используют готовые синтетические среды в сухих порошках, которые перед использованием разводят холодной водой по инструкции, кипятят и разливают по чашкам и пробиркам [11].



4. Термины, встретившиеся при выполнении работы

Трансгенные животные - биореакторы. Биореакторами называют организмы, продуценты лекарственных белков. Биореакторами могут быть любые живые организмы - бактерии, грибы, растения, животные - и даже клеточные культуры.

Онтогенез - индивидуальное развитие организма.

Резистентность - это сопротивляемость (устойчивость, невосприимчивость) организма к воздействию различных факторов - инфекций, ядов, загрязнений, паразитов и т. п.

Генная инженерия (генетическая инженерия) - совокупность методов и технологий, в том числе технологий получения рекомбинантных рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот, по выделению генов из организма, осуществлению манипуляций с генами и введению их в другие организмы.

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.

Соматическая трансфекция - метод, когда генетические конструкции вводятся в определенные клетки и ткани организма пациента.

Вирус (лат. virus - яд) - неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри клеток. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей, вирусы бактерий обычно называют бактериофагами. Обнаружены также вирусы, способные реплицироваться только в присутствии других вирусов (вирусы-сателлиты).

Трансгенные животные - это индивидуумы, в геном которых искусственно введена дополнительная генетическая информация (трансген).

Ксенотрансплантация, или межвидовая трансплантация - трансплантация органов, тканей и/или клеточных органоидов от организма одного биологического вида в организм или его часть другого биологического вида.

Бактерии - это обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра.

Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой - клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму.

Автотрофы - организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Гетеротрофы - организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества.

Хемосинтез - способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. Подобный вариант получения энергии используется только бактериями или археями.

Бактерио-хлорофиллы - это фотосинтетические пигменты, которые имеются у различных фототрофных бактерий.

Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией.

Споры бактерий - это внутриклеточные образования круглой или овальной формы, устойчивые к высоким температурам, дезинфицирующим веществам, антибиотикам и другим факторам окружающей среды

Питательные среды - это искусственно приготовленный комплекс питательных веществ, предназначенный для культивирования микроорганизмов.

Агар - это продукт морских водорослей, обладающий свойством плавится при температуре 80-85єС и затвердевать при 40єС.

Безагаровые плотные среды - свернутая сыворотка, свернутый яичный белок сами по себе являются плотными.



Заключение

В настоящий момент биотехнология приобретает все более важную роль в повышении доходности животноводства. Внедрение результатов биотехнологических исследований в животноводство происходит в первую очередь в следующих областях деятельности:

1. Улучшение здоровья животных с помощью биотехнологии;

2. Новые достижения в лечении людей с помощью биотехнологических исследований на животных;

3. Улучшение качества продуктов животноводства с помощью биотехнологии;

4. Достижения биотехнологии в охране окружающей среды и сохранении биологического разнообразия.

Биотехнология животных включает в себя работу с различными животными (скотом, домашней птицей, рыбой, насекомыми, домашними животными и лабораторными животными) и исследовательскими приемами - геномикой, генной инженерией и клонированием. Поэтому рассмотренные выше вопросы имеют большую актуальность в настоящее время.



Библиографический список

1. Гольдман И.Л., Кадулин С.Г., Разин С.В., Трансгенные козы в мировой фарминдустрии XXI века. Генетика, 2002, №38. С. 5-21.

2. Захарова Е.С., Прыжкова М.В., Завадская Е.С., Кадулин С.Г., Кибардин А.В., Попов Л.С., Киселев С.Л., Гнучев Н.В. Использование биологического потенциала молочной железы трансгенных животных для синтеза рекомбинантного эндостатина. Российский биотерапевтический журнал 2002, №1. С. 24-28.

3. Кадулин С.Г., Ермолкевич Т.Г., Андреева Л.Е., Опыт пересадки яйцеклеток в работе по получению трансгенных мышей, Онтогенез, 2006 №37(2). С. 109-140.

4. Корочкин Л.И. Клонирование животных //Soros Educ. Journal, 1999, №4. P. 10-14.

5. Трансгенные животные и возможности их использования. Молекулярно-генетические аспекты трансгенеза в животноводстве/Соавт.: Н.А. Зиновьева, Г. Брем; ВИЖ. - М., 2001. 127 с.

6. Завадская Е.С. и др. Получение рекомбинантного эндостатина в молоке трансгенных мышей // Генетика. 2001. Т. 37. С. 1207-1212.

7. Баранов В.С. Генная терапия - медицина XXI века /// Соросовский Образовательный Журнал . 1999. № 3. С. 63-68

8. Корочкин Л.И. Клонирование животных // Соросовский образовательный Журнал . 1999. №4.С. 10-16.

9. Вавилов С.И. Большая советская энциклопедия. 2-ое издание. М.: «БЭС», 1950

10. Воробьев А.А., Кривошеина Д.С. Основы иммунологии. М.: «Мастерство», 2001

11. Гранов Б.В., Павленко П.В. Экология бактерий. Ленинград: Изд-во ленинградского ун-та, 1989

12. Мишустин Е.Н., Емцев Т.В. Микробиология. М.: «Москва - Агропромиздат», 1987

13. Петровский Б.В. Большая медицинская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1975

14. Алешукина А.В. Медицинская микробиология: учебное пособие для вузов / А.В. Алешукина. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. - 437 с.

15. Бактерийные и вирусные препараты: учеб. пособие / С.П. Карпов, А.А. Триполитова В.Н. Новикова, Н.Ф. Сурнина, Б.Г. Трухманов; под общ. ред. С. П. Карпова. - Томск: Изд-во ТГУ, 1971. - 308 с.

16. Богданова О.Ю. Систематика и классификация микроорганизмов: метод. указания к практическим работам по дисциплине «Микробиология» / О.Ю. Богданова. - Мурманск: Изд-во МГТУ, 2000. - 80 с.

17. Богданова О.Ю. Микробиология: учебное пособие / О.Ю. Богданова. - Мурманск: ООО Ростсервис, 2005. - 250 с.

18. Воробьёв А.А. Основы микробиологии, вирусологии и иммунологии: Учеб. / А.А. Воробьёв, Ю.С. Кривошеин, А.С. Быков - М.: Высш. шк., 2001. - 224 с.

19. Гусев М.В. Микробиология: Учебник для студ. биол.специальностей. / М.В. Гусев, Л.А. Минеева. - 4-е изд., стр. - М.: Изд. центр «Академия», 2003. - 464 с.

20. Емцев В.Т. Микробиология: учебник для вузов / В.Т. Емцев, Е.Н. Мишустин. - 6-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2006. - 444 с.

21. Егорова Т.А. Основы биотехнологии / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухина. М.: Издательский центр «Академия», 2003. 208 с.

22. Красота В.Ф. Биотехнология в животноводстве / В.Ф. Красота, Б.П. Завертяев, Е.К. Меркурьева, А.К. Никитин. М.: Колос, 1994. 127 с.

23. Сельскохозяйственная биотехнология: учеб. / В.С. Шевелуха, Е.А. Калашникова, Е.С. Воронин и др.; под ред. В.С. Шевелухи. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2003. 469 с

Размещено на allbest.ru