WSTEP DO BIOTECHNOLOGII.doc

(136 KB) Pobierz

WSTĘP DO BIOTECHNOLOGII- pytania na egzamin part 1, pytania 1-36

1) Dlaczego biotechnologia to nauka interdyscyplinarna?

Biotechnologia określana jest nauką interdyscyplinarną dlatego że do rozwiązania problemów występujących w obrębie jednej interesującej ją dyscypliny używa wielu koncepcji jak i sposobów postępowania z wielu dziedzin nauki. Czerpie pomysły i rozwiązania które zostały wykorzystane już kiedyś przez jakąś technologię. Jest niejako dyscypliną łączącą wiele działów nauki, i rozwiązującą mnogie problemy nie tylko jednej dyscypliny, ale wnosi ona wiele rozwiązań do innych technologii.

2) Podstawowy element wszystkich definicji biotechnologii to…

„praktyczne wykorzystanie potencjału produkcyjnego komórek żywych”

3) Podział biotechnologii(I):

· Biotechnologie tradycyjne- przebiegające z użyciem enzymów lub drobnoustrojów i komórek organizmów wyższych nie zawierających obcego materiału genetycznego

· Biotechnologie nowoczesne- w których stosuje się szczepy drobnoustrojów lub linie komórkowe, skonstruowane metodami inżynierii genetycznej

Podział biotechnologii (II):

o Biotechnologia zielona- agrobiotechnologia, wykorzystywanie metod biotechnologicznych w rolnictwie, produkcja żywności itp.

o Biotechnologia czerwona- medyczna i związana ze zwierzętami, leki biofarmaceutyki, diagnostyka, genoerapia

o Biotechnologia biała- przemysłowa, procesy przemysłowe w biotechnologii i ochronie środowiska, przemysł chemiczny, spożywczy papierniczy, biokatalizy i bioprocesy, ochrona zdrowia

4) Zarys metod biotechnologicznych, przykłady ich przemysłowych zastosowań.

· Przemysł spożywczy- tradycyjne procesy fermentacyjne, nowe technologie mikrobiologiczne, zastosowanie enzymów do wytwarzania produktów spożywczych, utrwalanie żywności

· Rolnictwo(produkcja roślinna i zwierzęca)- produkcja pasz, nowoczesne techniki hodowli tkanek In vitro ora metody inżynierii genetycznej, ochrona roślin, lecznictwo zwierząt

· Przemysł chemiczny i inne przemysły- wytwarzanie surowców: alkohole, kwasy polimery, nośniki energii- paliwa, biotechnologiczna obróbka surowców naturalnych, biohydrometalurgia

· Ochrona zdrowia, namnażanie drobnoustrojów oraz hodowla komórek zwierzęcych In vitro, mikrobiologiczna biosynteza naturalnych metabolitów drobnoustrojowych, mikrobiologiczna biosynteza naturalnych metabolitów drobnoustrojowych, mikrobiologiczna biosynteza hormonów peptydowych, antygenów oraz innych produktów przy użyciu szczepów konstruowanych metodami inżynierii genetycznej, zawierających obcą informację genetyczną, zastosowanie procesów biotransformacji mikrobiologicznej i enzymatycznej, wytwarzanie przeciwciał monoklinalnych,

· Ochrona środowiska- oczyszczanie ścieków, bioutylizacja odpadów

· Analiza- zastosowanie enzymów, czujniki enzymowe i komórkowe

5) Okresy rozwoju biotechnologii, Głowna cecha, charakterystyczna produkcja:

a) okres przepasteurowski ( od zarania dziejów do połowy dziewiętnastego wieku)

b) okres pasterowski- przejściowy(druga połowa dziewiętnastego oraz pierwsze czterdziestolecie dwudziestego wieku)

c) okres nowoczesnych biotechnologii (początek- koniec II wojny światowej)

6) Scharakteryzuj okres przepasteurowski: - gównie procesy fermentacji wykorzystywane do: otrzymywania produktów żywnościowych, produkcji włókien naturalnych, garbowania skór, i innych procesów

7) Podstawowe osiągnięcia ery Pasterowskiej:

Odkrycie: kultury pleśni, bakterii drożdży. Początek ukierunkowanych badań mikrobiologicznych, świadome wykorzystywanie drobnoustrojów do produkcji pożytecznych dla człowieka związków chemicznych, przemysłowa produkcja rozpuszczalników organicznych z odpadów celulozowych i etanolu z hydrolizatów drewna, mikrobiologiczna produkcja glicerolu, fermentacja acetonowo butanolowa, powstanie przemysłu drożdżowego, produkcja drożdży piekarskich w warunkach hodowli wgłębnych z zastosowaniem wymuszonego napowietrzania, wprowadzono czyste kultury drożdży do technologii piwowarskich, metody izolowania i hodowli drobnoustrojów wytwarzających – etanol, butanol, metanol, aceton i kwasy organiczne, techniki związane z oznaczaniem i izolowaniem związków na skale przemysłową, badania nad witaminami, początki dietetyki, nauki o środkach żywności u racjonalnym żywieniu człowieka, oczyszczanie ścieków techniką złoża zraszanego

8)Okres III era nowoczesnej biotechnologii- podział podstawowe cechy:

Podokres 1:

A. „Złota era antybiotyków” (1940-1960):Technologia fermentacji wgłębnej penicyliny i innych antybiotyków

B. Era post- antybiotyków (1960-1970)

- wprowadzenie nowych wydajniejszych technologii w przemyśle fermentacyjnym m In. Biosyntezy antybiotyków, związków organicznych, białka paszowego pochodzenia drobnoustrojowego, czystych aminokwasów, enzymów witamin, pierwsze technologie w których zastosowano biokatalizatory immobilizowane, badania nad kodem genetycznym.

zarzucenie koncepcji że drobnoustroje rosną w podłożu o określonym składzie na rzecz poglądu że rozwijają się w warunkach środowiska szerzej pojętego niż skład podłoża które ulegają zmianom podczas trwania procesu, postęp w konstrukcji bioreaktorów, hodowle komórek organizmów wyższych w warunkach In vitro

Podokres 2(od roku 1970)-era nowych biotechnologii:

A. Lata 1945-1970- powszechne stosowanie mutagenizacji, pod koniec 1969 narodziła się inżynieria genetyczna oparta na rekombinacji DNA In vitro i In vivo- koncepcja manipulowania genami poza komórką, praktyczne zastosowanie genetyki i biologii molekularnej w biotechnologii.

9) Co gwarantuje biotechnologii dalszy dynamiczny rozwój?

Dalszy dynamiczny rozwój biotechnologii gwarantują jej główne atuty:

- duża różnorodność bioprocesów i bioproduktów

- duży stopień bezpieczeństwa bioprocesów

- mała ich energochłonność

- łagodne warunki przebiegu procesów

- mniej groźne niż w technologiach chemicznych oraz łatwiejsze do zneutralizowania zanieczyszczenie środowiska

- przetwarzanie surowców odnawialnych

10) Najważniejsze zadania biotechnologii XXI w., kierunki rozwoju biotechnologii na świecie:

A. Najważniejsze zadania to: 1) produkcja nowych leków i preparatów ochrony zdrowia ludzi i zwierząt 2) rozwiązywanie problemów żywieniowych 3) udział w rozwiązaniu problemów ochrony środowiska 4) upowszechnienie procesów biokatalizy w przemyśle chemicznym, w przetwórstwie surowców naturalnych 5) udział w rozwiązywaniu problemów energetycznych

B. Kierunki rozwoju biotechnologii na świecie: 1) konstruowanie nowych szczepów drobnoustrojów wytwarzających nowe substancje 2) selekcja szczepów przemysłowych o nowych właściwościach 3) wykorzystanie enzymów i komórek unieruchomionych 4) projektowanie i konstrukcja fermentorów do prowadzenia hodowli tlenowych i beztlenowych z wykorzystaniem substratów płynnych i stałych i gazowych 5)pozyskiwanie nowych źródeł energii- metan wodór etanol 6) pozyskiwanie i uszlachetnianie surowców mineralnych- odsiarczanie węgla, wymywanie metali z rud, koncentracja związków radioaktywnych 7) ochrona środowiska naturalnego 8) podnoszenie wydajności produkcji przemysłowej 9)ulepszanie starych technologii 10)wytwarzanie nowych, biologicznie aktywnych substancji.

11. Biotechnologia w przemyśle farmaceutycznym, żywieniu, ochronie środowiska, energetyce.

PRZEMYSŁ FARMACEUTYCZNY

-intensyfikacja poszukiwania i opracowanie produkcji nowych skutecznych leków, preparatów do ochrony zdrowia ludzi i zwierząt,

- prace badawcze dotyczące preparatów stosowanych w ochronie zdrowia, nowe metody stosowane w diagnostyce, profilaktyce i lecznictwie chorób infekcyjnych, genetycznych, onkologicznych i innych

- wykorzystanie metod biotechnologicznych min. inzynieri genetycznej do otrzymywania białkowych substancji biologicznie czynnych, antybiotyków, preparatów białek, peptydów, hormonów enzymów

- ograniczenie ilości stosowanych leków chemicznych poprzez wprowadzenie biologicznych

- poszukiwanie nowych szczepionek i specyficznych przeciwdziała monoklinalnych

ŻYWIENIE:

- możliwość wytwarzania jadalnych białek pochodzenia mikrobiologicznego SCP

- uzyskiwanie nowych wydajnych odpornych na działanie substancji chemicznych odmian roślin uprawnych, zwierząt hodowlanych wymaga opracowania nowych technologii ich modyfikacji, hodowli i ochrony.

OCHRONA ŚRODOWISKA:

- nowe metody przekształcania odpadów produkcyjnych i nierozpuszczalnych surowców odtwarzalnych w formy nieszkodliwe lub surowce do dalszej produkcji

- czynniki biologiczne do zwalczania owadów i chwastów

- biologicznie rozkładane tworzywa sztuczne

- nowe metody utylizacji odpadów

- spadek zużycia nawozów sztucznych

ENERGETYKA:

- poszukiwanie nowych technologii, nowych surowców, odnawialnych zasobów biologicznych, biotechnologicznych źródeł energii.

12. Podstawowe składniki procesu biotechnologicznego:

a. czynnik biologiczny

b. aparatura do realizacji procesu

c. biotechnologia( warunki prowadzenia procesu)

13. Schemat blokowy klasycznego procesu biotechnologicznego:

szczep

biosynteza

surowce

energia

podłoże

Namnożenie inokulum

sterylizacja

regulacja

bioreaktor

powietrze

energia

Zagospodarowanie produktów odpadowych

Materiały i surowce pomocnicze

Oddzielenie biomasy

Kontrola laboratoryjna

Izolacja produktów

Otrzymanie formy handlowej produktu

14.Czynniki służące oddziaływaniu na procesy biotechnologiczne:

- czynniki zewnętrzne –ph temperatura, dwutlenek węgla, tlen

- skład podłoża hodowlanego

- typ, konstrukcja bioreaktora

- optymalizacja i stabilizacja ilości energii doprowadzonej do bioreaktora

- organizacja doprowadzenia dodatkowych porcji substratu

- stosowanie regulatorów, ph poziom piany

-zapewnienie ciągłości hodowli

- stosowanie szczepów o zmienionych właściwościach

15. Etapy klasycznego procesu biotechnologicznego:

-I ETAP: przygotowawczy; przygotowanie podłoża i aparatury

- II ETAP- przygotowawczy; przygotowanie materiału posiewowego

-III ETAP: proces hodowli produkcyjnej i biosyntezy- główny etap.

-IV ETAP- wydzielanie produktu ze środowiska po hodowli

-V ETAP- przygotowanie gotowych form handlowych produktu;

16. Etapy prac badawczych i wdrożeniowych w biotechnologii:

a. „screening” drobnoustrojów- pozyskiwanie odpowiednich drobnoustrojów; skrining= przesiewanie, przesiew drobnoustrojów, z kolekcji czystych kultur 1% , poszukiwanie w środowiskach naturalnych, selekcja

b. Określanie warunków wstępnych hodowli- dobór warunków hodowli, zapewniających maksymalną ekspresję pożądanego składnika

c. Doskonalenie cech produkcyjnych szczepów przez mutacje lub genetycznie

d. Optymalizacja warunków bioprocesy- skład podłoża warunki mieszania, parametry bioprocesy

e. Powiększenie skali, im większa skala tym trudniej Np. odprowadzanie ciepła

f. Uruchomienie produkcji przemysłowej, wdrożenie nowej technologii produkcji do praktyki przemysłowej

17. Trzy warunki poprawnej realizacji bioprocesów:

o Znajomość zagadnień mikrobiologicznych

o Znajomość parametrów fizycznych i chemicznych procesów jednostkowych, co umożliwia optymalizację bioprocesy, aspekty ekonomiczne

o Dysponowanie podstawowym i specjalistycznym wyposażeniem

18. Cele procesów biotechnologicznych:

o Nagromadzenie biomasy mikroorganizmów

o Otrzymanie odpowiedniego metabolitu wytwarzanego przez namnażane drobnoustroje, komórki lub tkanki

o Przemiana składników pożywki- substratu, utlenianie, redukcja lub destrukcja, eliminacja składników szkodliwych biologicznie w wyniku biokonwersji lub kometabolizmu

19. Realizacja typowego procesu fermentacji tlenowej obejmuje następujące operacje podstawowe…

§ Przygotowanie bioreaktora

§ Przygotowanie kontrolę podstawowego osprzętu bioreaktora

§ Przygotowanie pożywki lub podłoża, inokulum, odpieniaczy

§ Sterylizację bioreaktora, pożywki powietrza i pomieszczeń

§ Wprowadzenie inokulum

§ Fermentację i kontrolę parametrów procesu, jak: napowietrzanie, mieszanie, ogrzewanie lub chłodzenie, odmienianie, poziom pH itp.

§ Okresowe pobieranie próbek i ich kontrolę

§ Opróżnianie zawartości bioreaktora

§ Wydzielanie oczyszczanie i otrzymywanie gotowego produktu

§ Unieszkodliwianie produktów ubocznych lub odpadowych powstających w wyniku procesu

20. Podłoża minimalne, wzbogacone, kompleksowe, źródła węgla i azotu w pożywkach: