Культуры растительных клеток и получение лекарственных веществ.

Разработка методов культивирования растительных тканей и изоли­рованных клеток как достижение биотехнологической науки. Биотехноло­гическое производство и ограниченность или малая доступность ряда видов растительного сырья как источника лекарственных веществ. Поня­тие тотипотентности растительных клеток. Каллусные и суспензионные культуры. Особенности роста растительных клеток в культурах. Среды. Фитогормоны. Проблемы стерильности. Особенности метаболизма расти­тельных клеток. Биореакторы. Применение растительных клеток для трансформации лекарственных веществ. Получение дигоксина. Иммо­билизация растительных клеток. Методы иммобилизации. Проблемы экс­креции целевого продукта из иммобилизованных клеток.

Методы контроля и идентификации (цитофизиологические, химиче­ские, биохимические, биологические) биомассы и препаратов, получен­ных методом клеточной биотехнологии.

Лекарственные препараты, получаемые из культур клеток женьшеня, родиолы розовой, воробейника, стевии, наперстянки, табака и др.

 

Генетическая инженерия. Основные принципы технологии рекомбинантной ДНК. Внехромосомные генетические элементы - плазмиды и их функции у микроорганизмов, используемых в биотехнологических процессах. Основные физико-химические характеристики плазмид. Взаи­модействие плазмид с геномом хозяина. Роль плазмидной и фаговой ДНК в генетическом конструировании продуцентов биологически активных ве­ществ. Транспозоны и их использование в конструировании продуцентов. Направленный мутагенез и его значение при конструировании продуцентов.

Понятие вектора в генетической инженерии. Векторные молекулы на основе плазмидной и фаговой ДНК. Химический синтез фрагментов ДНК. Методы секвенирования. Химический синтез гена. Последовательность операций при включении чужеродного гена в векторную молекулу. Перенос вектора с чужеродным геном в микробную клетку. Компетентные клетки.

Ферменты, используемые в генетической инженерии. Рестриктазы. Классификация и специфичность. Формирование "липких концов". Лигазы и механизм их действия.

Генетические маркеры. Методы идентификации и изоляции клонов с рекомбинантной ДНК.

Проблемы экспрессии чужеродных генов в микроорганизмах. Гены животной клетки; экзоны, нитроны. Обеспечение возможности экспрессии генов млекопитающих в микробной клетке. Обратная транскриптаза.

Способы преодоления барьеров на пути экспрессии чужеродных генов. Стабилизация чужеродных белков (целевых продуктов) в клетке. Генетические методы, обеспечивающие выделение чужеродных белков в среду.

Микроорганизмы различных систематических групп: дрожжи, эубактерии, актиномицеты и др. как хозяева при экспрессии чужеродных генов. Специфические проблемы генетической инженерии при создании новых продуцентов белковых веществ, первичных и вторичных метаболитов как целевых биотехнологических продуктов.

Получение рекомбинантных белков, принадлежащих к различным группам физиологически актив­ных веществ.

 

Раздел 5.

Биоиндустрия ферментов.

Производство ферментных препаратов. Ферменты, используемые как лекарственные средства. Протеолитические ферменты. Амилолитические, липолитические ферменты. L-аспарагиназа. Проблемы стандартиза­ции целевых продуктов.

Ферментные препараты как биокатализаторы в фармацевтической промышленности. Ферменты трансформации β-лактамных антибиотиков. Ферментные препараты, используемые в генетической инженерии.

Инженерная энзимология. Повышение эффективности биообъектов (индивидуальных ферментов, ферментных комплексов и клеток продуцен­тов) в условиях производства. Иммобилизованные (на нерастворимых но­сителях) биообъекты и их многократное использование. Ресурсосбереже­ние. Экологические преимущества.

Экономическая целесообразность. Повышение качества препаратов лекарственных веществ (гарантия высокой степени очистки, отсутствия пирогенных, аллергенных примесей).

Нерастворимые носители органической и неорганической природы. Микроструктура носителей.

Иммобилизация за счет образования ковалентных связей между ферментом и носителем. Предварительная активация носителя броми­стым цианом. Механизм активации. Ковалентные связи с помощью бифункциональных реагентов между молекулами фермента, связанного с носителем. Влияние иммобилизации ферментов на их субстратный спектр и кинетические характеристики. Повышение стабильности. Расширение зоны оптимальной температуры. Причины указанных явлений.

Адсорбция ферментов на инертных носителях и ионообменниках. Причины частичных ограничений использования этого метода иммобили­зации.

Иммобилизация ферментов путем включения в структуру геля. Органические и неорганические гели. Методы включения в альгинатный и полиакриламидный гель. Причины частичных ограничений использования метода при высокомолекулярных субстратах.

Микрокапсулирование ферментов как один из способов их иммоби­лизации. Размеры и состав оболочки микрокапсул.

Биокатализ в тонком органическом синтезе. Использование иммо­билизованных ферментов при производстве полусинтетических бета-лак-тамных антибиотиков, трансформации стероидов, биокаталитическом получении простаноидов, разделении рацематов аминокислот.

Иммобилизованные ферменты и лечебное питание. Удаление лак­тозы из молока с помощью иммобилизованной бета-галактозидазы. Пре­вращение глюкозы во фруктозу с помощью иммобилизованной глюкоизомеразы.

Ферментные электроды на основе иммобилизованных ферментов: глюкозооксидазы, лактатдегидрогеназы, уреазы, пенициллиназы.

Иммобилизация целых клеток микроорганизмов и растений. Моноферментные биокатализаторы на основе целых клеток. Внутрикле­точная регенерация коферментов. Проблемы диффузии субстрата в клетку и выхода продукта реакции. Повышение проницаемости оболочки у им­мобилизуемых клеток.

Полный синтез целевого продукта иммобилизованными клетками продуцентов. Использование для иммобилизации клеток в наиболее про­дуктивной фазе ростового цикла. Особенности физиологии клеток, нахо­дящихся в ячейках геля. Перспективы использования "плюс" вариантов продуцентов после протопластирования и регенерации мицелия.

Создание биокатализаторов второго поколения на основе одно­временной иммобилизации продуцентов и ферментов трансформации про­дукта биосинтеза. Объединение в одном реакторе процесса биосинтеза и реакции трансформации. "Открытые системы для усложнения".

Создание биодатчиков. Классификация. Применение в медицине.

 

 

Раздел 6.