Одним из терминов в биотехнологии является понятие «биосисте­мы». Обобщенные характеристики биологической (живой) системы могут быть сведены к трём присущим им основным признаками:

1. Живые системы являются гетерогенными открытыми система­ми, которые обмениваются с окружающей средой веществами и энер­гией.

2. Эти системы являются самоуправляемыми, саморегулирующими, идактивными, т.е. способными к обмену информацией с окружа­ющей средой для поддержания своей структуры и управления про­цессами метаболизма.

3. Живые системы являются самовоспроизводящимися (клетки, организмы).

По структуре биосистемы делятся на элементы (подсистемы), свя­занные между собой, и характеризуются сложной организацией (ато­мы, молекулы, органеллы, клетки, организмы, популяции, сообще­ства).

Управление в клетке представляет собой сочетание процессов синтеза молекул белков-ферментов, необходимых для осуществления той или иной функции, и непрерывных процессов изменения активно­сти в ходе взаимодействия триплетных кодов ДНК в ядре и макромо­лекул в рибосомах. Усиление и торможение ферментативной актив­ности происходит в зависимости от количества начальных и конеч­ных продуктов соответствующих биохимических реакций. Благода­ря этой сложной организации биосистемы отличаются от всех нежи­вых объектов.

Поведение биосистемы является совокупностью ее реакций в от­вет на внешние воздействия, т.е. наиболее общей задачей управляю­щих систем живых организмов является сохранение его энергетиче­ской основы при изменяющихся условиях внешней среды.

Н.М. Амосов делит все биосистемы на пять иерархических уров­ней сложности: одноклеточные организмы, многоклеточные организ­мы, популяции, биогеоценоз и биосферу.

Одноклеточные организмы - это вирусы, бактерии и простейшие. Функции одноклеточных - обмен веществом и энергией со средой, рост и деление, реакции на внешние раздражители в виде изменения обмена и формы движения. Все функции одноклеточных поддержива­ются за счет биохимических процессов ферментативной природы и за счет энергетического обмена - начиная от способа получения энер­гии и до синтеза новых структур или расщепления существующих. Единственным механизмом одноклеточных, обеспечивающим их приспособление к окружающей среде, является механизм изменений в отдельных генах ДНК и, как следствие, изменение белков-фермен­тов и изменение биохимических реакций.

Основой системного подхода к анализу структур биосистем является ее представление в виде двух компонентов - энергетической и управляющей.

Основным, элементом является энергетическая составляющая, обозначенная через МС (ме­таболическая система), и управляющая, обозначенная через Р (генетическое и физиологическое управле­ние) и передающая сигналы управле­ния на эффекторы (Э). Одной из главных функций метаболической системы является снабжение биосистем энер­гией.

Структура биосистем поддерживается механизмами генетическо­го управления. Получая от остальных систем энергию и информацию в виде продуктов обмена веществ (матаболитов), а в период формиро­вания - в виде гормонов, генетическая система управляет процессом синтеза необходимых веществ и поддерживает жизнедеятельность остальных систем организма, причем процессы в этой системе про­текают достаточно медленно.

Несмотря на многообразие биосистем, отношения между их био­логическими свойствами остаются инвариантными для всех организ­мов. В сложной системе возможности к адаптации значительно боль­ше, чем в простой. В простой системе эти функции обеспечиваются малым количеством механизмов, при этом они более чувствительны к изменениям во внешней среде.

Для биосистем характерна качественная неоднородность, прояв­ляющаяся в том, что в рамках одной и той же функциональной био­системы совместно и слаженно работают подсистемы с качественно различными адекватными управляющими сигналами (химическими, физическими, информационными).

Иерархичность биосистем проявляется в постепенном усложнении функции на одном уровне иерархии и скачкообразном переходе к качественно другой функции на следующем уровне иерархии, а также в специфическом построении различных биосистем, их ана­лиза и управления в такой последовательности, что итоговая выход­ная функция нижележащего уровня иерархии входит в качестве эле­мента в вышележащий уровень.

Постоянное приспособление к среде и эволюция невозможны без единства двух противоположных свойств: структурно-функциональ­ной организованности и структурно-функциональной вероятности, стохастичности и изменчивости.

Структурно-функциональная организованность проявляется на всех уровнях биосистем и характеризуется высокой устойчивостью биологического вида и его формы. На уровне макромолекул это свой­ство обеспечивается репликацией макромолекул, на уровне клетки -делением, на уровне особи и популяции - воспроизведением особей путем размножения.

В качестве биологических объектов или систем, которые исполь­зует биотехнология, прежде всего необходимо назвать одноклеточ­ные микроорганизмы, а также животные и растительные клетки. Выбор этих объектов обусловлен следующими моментами:

1. Клетки являются своего рода «биофабриками», вырабатываю­щими в процессе жизнедеятельности разнообразные ценные продук­ты: белки, жиры, углеводы, витамины, нуклеиновые кислоты, ами­нокислоты, антибиотики, гормоны, антитела, антигены, ферменты, спирты и пр. Многие из этих продуктов, крайне необходимые в жиз­ни человека, пока недоступны для получения «небиотехнологическими» способами из-за дефицитности или высокой стоимости сырья
или же сложности технологических процессов;

2. Клетки чрезвычайно быстро воспроизводятся. Так, бактериаль­ная клетка делится через каждые 20 - 60 мин, дрожжевая – через каждые 1,5 - 2 ч, животная - через 24 ч, что позволяет за относитель­но короткое время искусственно нарастить на сравнительно дешё­вых и недефицитных питательных средах в промышленных масшта­бах огромные количества биомассы микробных, животных или рас­тительных клеток. Например, в биореакторе ёмкостью 100 м3 за 2 – 3 сут можно вырастить 10"6- 1018микробных клеток. В процессе жиз­недеятельности клеток при их выращивании в среду поступает боль­шое количество ценных продуктов, а сами клетки представляют со­бой кладовые этих продуктов;

3. Биосинтез сложных веществ, таких как белки, антибиотики, антигены, антитела и др. значительно экономичнее и технологичес­ки доступнее, чем химический синтез. При этом исходное сырьё для биосинтеза, как правило, проще и доступнее, чем сырьё для других
видов синтеза. Для биосинтеза используют отходы сельскохозяй­ственной, рыбной продукции, пищевой промышленности, рас­тительное сырьё (молочная сыворотка, дрожжи, древесина, меласса и др.)

4. Возможность проведения биотехнологического процесса в промышленных масштабах, т.е. наличие соответствующего техно­логического оборудования, доступность сырья, технологии перера­ботки и т.д.

Таким образом, природа дала в руки исследователям живую сис­тему, содержащую и синтезирующую уникальные компоненты, и, в первую очередь, нуклеиновые кислоты, с открытием которых и на­чала бурно развиваться биотехнология и мировая наука в целом.

Объектами биотехнологии являются вирусы, бактерии, грибы, протозойные организмы, клетки (ткани) растений, животных и чело­века, вещества биологического происхождения (например, ферменты, простагландины, лектины, нуклеиновые кислоты), молекулы.

В этой связи можно сказать, что объекты биотехнологии относят­ся либо к микроорганизмам, либо к растительным и животным клет­кам. В свою очередь организм можно охарактеризовать как систему экономного, сложнейшего, компактного, целенаправленного синте­за, устойчиво и активно протекающего при оптимальном под­держании всех необходимых параметров.

Методы, применяемые в биотехнологии, определяются двумя уровнями: клеточным и молекулярным. Тот и другой определяются биобъектами.

В первом случае дело имеют с бактериальными клетками (для получения вакцинных препаратов), актиномицетов (при получении антибиотиков), микромицетов (при получении лимонной кислоты), животных клеток (при изготовлении противовирусных вакцин), кле­ток человека (при изготовлении интерферона) и др.

Во втором случае дело имеют с молекулами, например с нуклеи­новыми кислотами. Однако в конечной стадии молекулярный уро­вень трансформируется в клеточный. Клетки животных и растений, микробные клетки в процессе жизнедеятельности (ассимиляции и диссимиляции) образуют новые продукты и выделяют метаболиты разнообразного физико-химичес­кого состава и биологического действия.

При росте клетки в ней осуществляется огромное число катали­зируемых ферментами реакций, в результате которых образуются промежуточные соединения, которые в свою очередь превращаются в структуры клетки. К промежуточным соединениям, к строитель­ным «кирпичикам» относятся 20 аминокислот, 4 рибонуклеотида, 4 дезоксирибонуклеотида, 10 витаминов, моносахара, жирные кисло­ты, гексозамины. Из этих «кирпичиков» строятся «блоки»: пример­но 2000 белков, ДНК, три типа РНК, полисахариды, липиды, фер­менты. Образующиеся «блоки» идут на строительство клеточных структур: ядро, рибосомы, мембрана, клеточная стенка, митохонд­рии, жгутики и пр., из которых состоит клетка.

На каждой стадии «биологического синтеза» клетки можно опре­делить те продукты, которые могут быть использованы в биотехно­логии.

Обычно продукты одноклеточных делят на 4 категории:

а) сами клетки как источник целевого продукта. Например, выра­щенные бактерии или вирусы используют для получения живой или убитой корпускулярной вакцины; дрожжи, как кормовой белок или основу для получения гидролизатов питательных сред и т.д.;

б) крупные молекулы, которые синтезируются клетками в процессе выращивания: ферменты, токсины, антигены, антитела, пептидогликаны и др.;

в) первичные метаболиты - низкомолекулярные вещества (менее 1500 дальтон), необходимые для роста клеток, такие как аминокис­лоты, витамины, нуклеотиды, органические кислоты;

г) вторичные метаболиты (идиолиты) - низкомолекулярные со­единения, не требующиеся для роста клеток: антибиотики, алкалои­ды, токсины, гормоны.

Биотехнология использует эту продукцию клеток как сырьё, ко­торое в результате технологической обработки превращается в ко­нечный, пригодный для использования продукт.

Все микрообъекты, используемые в биотехнологии, относят к акариотам, про- или к эукариотам. Из группы эукариот, например, опе­рирует в качестве биообъектов клетками простейших, водорослей и грибов, из группы прокариот - клетками сине-зеленых водорослей и бактерий, акариот – вирусами.

Биообъекты из микромира варьируют в размерах от нанометров (вирусы, бактериофаги) до миллиметров и сантиметров (гигантские водоросли) и характеризуются относительно быстрым темпом раз­множения. В современной Фарминдустрии используется гигантская гамма биообъектов, группировка которых весьма сложна и лучше всего может быть выполнена на основе принципа их соразмерности.

Огромная совокупность биобъектов не исчерпывает всей элемен­тной базы, которой оперирует биотехнология. Последние успехи биологии и генной инженерии привели к появлению совершенно новых биообъектов – трансгенных (генетически-модифицированных) бактерий, вирусов, грибов, клеток растений, животных, человека и химер.

Несмотря на то, что представители всех надцарств содержат ге­нетический материал, различные акариоты лишены какого-либо од­ного типа нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК). Они не способны функционировать (в том числе - реплицироваться) вне живой клет­ки, и, следовательно, правомочно именовать их безъядерными. Па­разитизм вирусов развивается на генетическом уровне.

При целенаправленном обследовании различных экологических ниш выявляются все новые группы микроорганизмов-продуцентов полезных веществ, которые могут быть использованы в биотехноло­гии. Количество видов микроорганизмов, используемых в биотехно­логии, постоянно растет.

При выборе биологического объекта во всех случаях нужно со­блюдать принцип технологичности. Так, если в течение многочис­ленных циклов культивирования свойства биологического объекта не сохраняются или претерпевают существенные изменения, то дан­ный биологический объект следует признать нетехнологичным, т.е. неприемлемым для следующих после стадии лабораторных иссле­дований технологических разработок.

С развитием биотехнологии огромное значение приобретают спе­циализированные банки биологических объектов, в частности кол­лекции микроорганизмов с изученными свойствами, а также криобанки клеток животных и растений, которые уже сейчас с помощью специальных методов могут быть с успехом использованы для кон­струирования новых, полезных для биотехнологии организмов. По сути дела, такие специализированные банки культур ответственны за сохранение чрезвычайно ценного генофонда.

Коллекции культур играют важную роль в процедуре правовой защиты новых культур и в стандартизации биотехнологических про­цессов. В коллекциях проводится сохранение, поддержание и обес­печение микроорганизмов штаммами, плазмидами, фагами, линия­ми клеток как для научных и прикладных исследований, так для и соответствующих производств. Коллекции культур кроме основной задачи - обеспечения жизнеспособности и сохранения генетических свойств штаммов - содействуют развитию научных исследований (в области таксономии, цитологии, физиологии), а также служат целям обучения. Они выполняют незаменимую функцию в качестве депо­зитариев патентуемых штаммов. Согласно международным прави­лам, патентоваться и депозитироваться могут не только эффектив­ные продуценты, но и культуры, используемые в генетической инже­нерии.

Большое внимание ученые уделяют целенаправленному созданию новых, не существующих в природе биологических объектов. В пер­вую очередь, следует отметить создание новых клеток микроорганиз­мов, растений, животных методами генетической инженерии. Созданию новых биологических объектов, безусловно, способствует со­вершенствование правовой охраны изобретений в области генетичес­кой инженерии и биотехнологии в целом. Сформировалось направле­ние, занимающееся конструированием искусственных клеток. В на­стоящее время существуют методы, позволяющие получить искусст­венные клетки с использованием различных синтетических и биоло­гических материалов, например искусственной клеточной мембра­ны с заданной проницаемостью и поверхностными свойствами. Неко­торые материалы могут быть заключены внутри таких клеток: фер­ментные системы, клеточные экстракты, биологические клетки, маг­нитные материалы, изотопы, антитела, антигены, гормоны и др. При­менение искусственных клеток дало положительные результаты в производстве интерферонов и моноклональных антител, при создании иммуносорбентов и др.

Разрабатываются подходы к созданию искусственных ферментов и аналогов ферментов, обладающих повышенной стабильностью и активностью. Например, проводится синтез полипептидов желаемой стереоконфигурации, ведутся поиски методов направленного мута­генеза с целью замены одной аминокислоты на другую в молекуле фермента. Делаются попытки построения неферментных каталити­ческих моделей.

Как наиболее перспективные следует выделить следующие груп­пы биологических объектов:

Рекомбинанты, т.е. организмы, полученные методами гене­тической инженерии;

Растительные и животные тканевые клетки;

Термофильные микроорганизмы и ферменты;

Анаэробные организмы;

Ассоциации для превращения сложных субстратов;

Иммобилизованные биологические объекты.

Процесс искусственного создания биологического объекта (мик­роорганизма, или тканевой клетки) состоит в изменении его генети­ческой информации с целью исключить нежелательные и усилить нужные свойства или придать ему совершенно новые качества. Наи­более целенаправленные изменения можно выполнить путем реком­бинаций - перераспределяя гены или части генов и объединяя в од­ном организме генетическую информацию от двух и более организ­мов. Получение рекомбинантных организмов, в частности, можно осуществить методом слияния протопластов, путем переноса при­родных плазмид и методами генной инженерии.

К нетрадиционным биологическим агентам на данном этапе раз­вития биотехнологии относятся растительные и животные тканевые клетки, в том числе гибридомы, трансплантаты. Культуры клеток мле­копитающих уже сейчас являются продуцентами интерферона и ви­русных вакцин, в недалеком будущем осуществится крупномасштаб­ное получение моноклональных антител, поверхностных антигенов клеток человека, ангиогенных факторов.

С развитием методов биотехнологии все большее внимание будет уделяться использованию термофильных микроорганизмов и их ферментов.

Ферменты, продуцируемые термофильными микроорганизмами, характеризуются термостабильностью и более высокой устойчи­востью к денатурации по сравнению с ферментами из мезофилов. Проведение биотехнологических процессов при повышенной тем­пературе с использованием ферментов термофильных микроорга­низмов обладает рядом достоинств:

1) увеличивается скорость реакции;

2) повышается растворимость реактивов и за счет этого - продук­тивность процесса;

3) уменьшается возможность микробного заражения реакцион­ной среды.

Наблюдается возрождение биотехнологических процессов с ис­пользованием анаэробных микроорганизмов, которые нередко яв­ляются также термофильными. Анаэробные процессы привлекают внимание исследователей в связи с недостатком энергии и возмож­ностью получения биогаза. Так как при анаэробном культивировании не нужна аэрация среды и биохимические процессы менее интен­сивны, упрощается система теплоотвода, анаэробные процессы можно рассматривать как энергосберегающие.

Анаэробные микроорганизмы успешно используются для пере­работки отходов (биомассы растений, отходов пищевой промыш­ленности, бытовых отходов и др.) и стоков (бытовые и промышлен­ные стоки, навоз) в биогаз.

В последние годы расширяется применение смешанных куль­тур микроорганизмов и их природных ассоциаций. В реальной био­логической ситуации в природе микроорганизмы существуют в виде сообществ различных популяций, тесно связанных между со­бой и осуществляющих круговорот веществ в природе.

Основные преимущества смешанных культур по сравнению с монокультурами следующие:

Способность утилизировать сложные, неоднородные по со­ставу субстраты, зачастую непригодные для монокультур;

Способность к минерализации сложных органических соеди­нений;

Повышенная способность к биотрансформации органических веществ;

Повышенная устойчивость к токсичным веществам, в том чис­ле тяжелым металлам;

Повышенная устойчивость к воздействию окружающей среды;

Повышенная продуктивность;

Возможный обмен генетической информацией между отдель­ными видами сообщества.

Следует особо выделить такую группу биологических объектов, как ферменты-катализаторы биологического происхождения, изуче­нием которых в прикладном аспекте занимается инженерная энзимология. Основная ее задача - разработка биотехнологических про­цессов, в которых используется каталитическое действие энзимов, как правило, выделенных из состава биологических систем или находящихся внутри клеток, искусственно лишенных способнос­ти роста. Благодаря ферментам скорость реакций по сравнению с реакциями, протекающими в отсутствие этих катализаторов, возрастает в 10б- 1012раз.

Как отдельную отрасль создания и использования биологических объектов следует выделить иммобилизованные биологические объек­ты. Иммобилизованный объект представляет собой гармоничную систему, действие которой в целом определяется правильным подбо­ром трех основных компонентов: биологического объекта, носителя и способа связывания объекта с носителем.

В основном используются следующие группы методов мобилиза­ции биологических объектов:

Включение в гели, микрокапсулы;

Адсорбция на нерастворимых носителях;

Ковалентное связывание с носителем;

Сшивка бифункциональными реагентами без использования но­сителя;

- «самоагрегация» в случае интактных клеток.

Основными преимуществами использования иммобилизованных биологических объектов являются:

Высокая активность;

Возможность контроля за микроокружением агента;

возможность полного и быстрого отделения целевых продук­тов;

Возможность организации непрерывных процессов с многократ­ным использованием объекта.

Как следует из вышеизложенного, в биотехнологичиеских про­цессах возможно использование ряда биологических объектов, ха­рактеризующихся различными уровнями сложности биологической регуляции, например клеточным, субклеточным, молекулярным. От особенностей конкретного биологического объекта самым непос­редственным образом зависит подход к созданию всей биотехноло­гической системы в целом.

Административное право и методы государственного управления

Активные, интерактивные и иные инновационные методы (технологии), используемые для формирования

Анализ теорий мотивации трудовой деятельности персонала и методы ее повышения

Билет5Методы изучения генетики человека. Биохимический и близнецовый методы, их задачи.2. Анкилостома и некатор. Жизненный цикл и медицинское значение

В. Основные методы отборы, используемые при найме персонала в организацию

В природе существует огромное число микроорганизмов, которые способны синтезировать продукты или осуществлять реакции, которые могут быть полезны для биотехнологии. Однако практическое применение нашли не более 100 видов микроорганизмов (бактерии, грибы, дрожжи, вирусы, водоросли).

Дрожжи широко используют в хлебопечении, пивоварении, виноделии, получении соков, кормового белка, питательных сред для выращивания бактерий и культур животных клеток. Из 500 известных видов дрожжей используется только несколько видов – Saccharomyces cerevisiae, Saccharamyces carlsbergencis, Saccharomyces uwarum.

Среди бактерий чаще всего применяют в биотехнологии представителей следующих родов: Acetobacter, которые превращают этанол в уксусную кислоту и уксусную кислоту в углекислый газ и воду; Bacillus – для получения ферментов (B. subtilis), средств защиты растений (В. thuringiensis); Clostridium – для сбраживания сахаров в ацетон, этанол, бутанол; псевдомонады – например, P. Denitrificans – для получения витамина В 12 , Corynebacterium glutamatum – для получения аминокислот и др.

Для получения разнообразных антибиотиков в биотехнологии применяют актиномицеты (род Streptomyces), грибы рода Penicillium и др.

Многие микроорганизмы – бактерии, дрожжи, вирусы – используются в качестве реципиентов чужеродного генетического материала с целью получения рекомбинантных штаммов–продуцентов биотехнологической продукции. Получены рекомбинантные штаммы E. coli, продуцирующие интерфероны, инсулин, гормон роста, антигены вируса СПИДа; штаммы B. subtilis, вырабатывающие интерферон; штаммы дрожжей, продуцирующие интерлейкин–2, антиген вируса гепатита В; рекомбинантные вирусы осповакцины, синтезирующие антигены гепатита В, вируса бешенства, клещевого энцефалита и др.

Для получения вакцин и диагностических препаратов используют также патогенные микроорганизмы (брюшного тифа, коклюша, дифтерии, столбняка и др.).

Широкое применение в биотехнологии нашли культуры животных и растительных клеток . Известно, что строение, физиология и биотехнология животных и растительных клеток более сложные, чем у бактериальных клеток. Из культур животных и растительных клеток можно извлечь более широкий ассортимент продуктов сложной, цепной реакции, но процесс культивирования растительных и животных клеток более трудоемкий и дорогостоящий. Из культур тканей растений можно получать разнообразные соединения, используемые в медицине (алкалоиды, противовоспалительные вещества, противолейкозные и противоопухолевые, противобактериальные, сердечные и почечные средства, ферменты, витамины, опиаты и др.), сельском хозяйстве, химической и других отраслях промышленности. Животные клетки используют как для получения продукции, так и для выращивания в клетках вирусов с целью получения из них вакцин и диагностических препаратов.

Таким образом, в современном биотехнологическом производстве используют весьма широкий ассортимент биообъектов, классификация которых весьма сложна и наиболее рационально может быть выполнена на основе принципа их соразмерности. В таблице приведены биологические объекты, объединенные в 5 групп, причем, соразмерность в первых четырех имеет кратность в три порядка и только в пятой группе собраны биообъекты, отличающиеся по размерам от предшествующей (четвертой) группы всего на один порядок.

Биообъекты, используемые при биотехнологических способах производства лекарственных (диагностических, лечебных и профилактических) средств:

Требования, предъявляемые к биообъектам для реализации биотехнологических процессов: чистота, высокая скорость размножения клеток и репродукции вирусных частиц, активность и стабильность биомолекул или биосистем.

Основные термины и понятия биотехнологии:

Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные сложные органические соединения, состоящие из серии компонентов более простого строения, названных нуклеотидами.

Нуклеотид – это комплекс, включающий одно из азотистых оснований, углевод (рибозу или дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты.

ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) – нуклеиновые кислоты, содержащие в качестве углеводного компонента дезоксирибозу, а в качестве азотистых оснований – аденин, гуанин, цитозин, тимин. ДНК присутствуют в клетках любого организма, входят в состав многих вирусов. Первичная структура молекулы ДНК строго индивидуальна и специфична, представляет собой кодовую форму записи биологической информации, т.е. генетический код.

РНК (рибонуклеиновые кислоты) – нуклеиновые кислоты, содержащие в качестве углеводного компонента рибозу, а в качестве азотистых оснований – аденин, гуанин, цитозин, урацил. РНК присутствуют в клетках любого живого организма, входят в состав многих вирусов; участвуют в реализации генетической информации.

Ген – наследственный фактор, функционально неделимая информация генетического материала; участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной и рибосомальной РНК или взаимодействующий с регуляторным белком.

Генотип – совокупность генов данной клетки или организма.

Геном – совокупность генов, характерных для гаплоидного набора хромосом данного вида организмов; основной гаплоидный набор хромосом.

Вектор – любая плазмида или фаг, в которые может быть встроена чужеродная молекула ДНК с целью клонирования.

Плазмида – кольцевая внехромосомная ДНК, способная к автономной репликации.

Репликация – самоудвоение молекулы ДНК путем образования её копии при помощи набора ферментов (ДНК-полимераз, лигаз и т.п.).

Гибридизация – процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке.

Клон – совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения.

Штамм – чистая культура микроорганизма, выделенного из определенного источника или полученного в результате мутаций.

Эукариоты – организмы, состоящие из клеток, в которых обязательно содержится особый органоид – ядро.

Объекты, используемые в биотехнологии (они включают представителей как прокариот, так и эукариот), чрезвычай­но разнообразны по своей структурной организации и био­логическим характеристикам. К объектам биотехнологии относятся:

Бактерии и цианобактерии;

Водоросли;

Лишайники;

Водные растения;

Клетки растений и животных.

В группу низших растений входят и микроскопически малые организмы (одноклеточные и многоклеточные), и очень крупные по размерам. Но все они объединены таки­ми общими признаками, как отсутствие расчленения тела на вегетативные органы и разнообразие способов размноже­ния.

К низшим относят следующие отделы: Вирусы, Бакте­рии, группа отделов Водоросли (Синезеленые, Зеленые, Ди­атомовые, Бурые, Красные и др.), Миксомицеты, Грибы, Лишайники. По способу питания их подразделяют на две группы: автотрофы (водоросли и лишайники), способные к фотосинтезу, и гетеротрофы (вирусы, бактерии - за не­большим исключением, - миксомицеты, грибы), исполь­зующие для питания готовые органические вещества.

Низшие растения прошли длинный исторический путь развития, но многие их представители до сих пор сохрани­ли черты примитивной организации. На определенном эта­пе развития они дали начало высшим растениям, венцом которых являются покрытосеменные.

Вирусы - сборная группа, не имеющая общего предка.

Структура. Вирусные частицы (вирионы) имеют белко­вую капсулу - капсид, содержащий геном вируса, пред­ставленный одной или несколькими молекулами ДНК или РНК. Капсид построен из капсомеров - белковых комп­лексов, состоящих, в свою очередь, из протомеров. Вири­оны часто имеют правильную геометрическую форму (ико­саэдр, цилиндр). Такая структура капсида предусматривает идентичность связей между составляющими ее белками и, следовательно, может быть построена из стандартных бел­ков одного или нескольких видов, что позволяет вирусу «экономить» место в геноме. Белки капсида комплементар­ны определенным молекулярным структурам в клетке хо­зяина и вступают с ними во взаимодействие, необходимое для проникновения и существования вируса. Капсид защи­щает вирус только вне живой клетки. Вне клетки-хозяина вирусы ведут себя как вещество (могут быть получены в кристаллической форме); попав в живую клетку, они вновь проявляют активность.

Механизм инфицирования. Условно процесс вирусного инфицирования в масштабах одной клетки можно разбить на следующие этапы.

Присоединение к клеточной мембране- так назы­ваемая адсорбция. Обычно, для того чтобы вирус адсорби­ровался на поверхности клетки, она должна иметь в соста­ве своей плазматической мембраны специфический белок (часто гликопротеин) - рецептор, специфичный для данно­го вируса. Наличие рецептора нередко определяет круг хо­зяев данного вируса, а также его тканеспецифичность.

Проникновение в клетку. На этом этапе вирусу необ­ходимо доставить внутрь клетки свою генетическую инфор­мацию. Некоторые вирусы привносят также собственные белки, необходимые для ее реализации. Различные вирусы для проникновения в клетку используют разные стратегии. Вирусы также различаются по локализации их реплика­ции: часть вирусов размножается в цитоплазме клетки, а часть - в ее ядре.

Перепрограммирование клетки. При заражении виру­сом в клетке активируются специальные механизмы проти­вовирусной защиты. Зараженные клетки начинают синте­зировать сигнальные молекулы, например интерфероны, переводящие окружающие здоровые клетки в противови­русное состояние и активирующие системы иммунитета. Повреждения, вызываемые размножением вируса в клетке, могут быть обнаружены системами внутреннего клеточного контроля, и такая клетка должна будет «покончить жизнь самоубийством» в ходе процесса, называемого апоптозом (или программируемой клеточной гибелью). От способности вируса преодолевать системы противовирусной защиты на­прямую зависит его выживание. Неудивительно, что мно­гие вирусы, эволюционируя, приобрели способность подав­лять синтез интерферонов, апоптозную программу и т. д. Кроме подавления противовирусной защиты, вирусы стре­мятся создать в клетке максимально благоприятные усло­вия для развития своего потомства.

Персистенция. Некоторые вирусы могут переходить в латентное состояние (так называемая персистенция), слабо вмешиваясь в процессы, происходящие в клетке, и активи­роваться лишь при определенных условиях. На этом по­строена, например, стратегия размножения некоторых бак­териофагов: до тех пор пока зараженная клетка находится в благоприятной среде, фаг не убивает ее, наследуется до­черними клетками и нередко интегрируется в клеточный геном. Однако при попадании зараженной фагом бактерии в неблагоприятную среду возбудитель захватывает конт­роль над клеточными процессами так, что клетка начинает производить материалы, из которых строятся новые фаги. Клетка превращается в «фабрику», способную производить многие тысячи фагов. Зрелые частицы, выходя из клетки, разрывают клеточную мембрану, тем самым убивая клетку. С персистенцией вирусов связаны некоторые онкологиче­ские заболевания.

Создание новых вирусных компонентов. Размноже­ние вирусов в самом общем случае предусматривает три процесса:

Транскрипцию вирусного генома, т. е. синтез вирус­ной мРНК;

Трансляцию мРНК, т. е. синтез вирусных белков;

Репликацию вирусного генома.

У многих вирусов существуют системы контроля, обес­печивающие оптимальное расходование биоматериалов клетки-хозяина. Например, когда вирусной мРНК накопле­но достаточно, транскрипция вирусного генома подавляет­ся, а репликация, напротив, активируется.

Созревание вирионов и выход из клетки. В конце кон­цов новосинтезированные геномные РНК или ДНК «одевают­ся» соответствующими белками и выходят из клетки. Сле­дует отметить, что активно размножающийся вирус не всег­да убивает клетку-хозяина. В некоторых случаях дочерние вирусы отпочковываются от плазматической мембраны, не вызывая ее разрыва. Таким образом, клетка может про­должать жить и продуцировать вирус.

Классификация вирусов. Систематику и таксономию вирусов кодифицирует и поддерживает Международный комитет по таксономии вирусов (International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV), поддерживающий также и так­сономическую базу The Universal Virus Database ICTVdB.

Форма представления генетической информации лежит в основе современной классификации вирусов. В настоящее время их подразделяют на ДНК- и РНК-содержащие вирусы.

Значение вирусов. Вирусы вызывают ряд опасных забо­леваний человека (оспу, гепатит, грипп, корь, полиомие­лит, СПИД, рак и т. д.), растений (мозаичную болезнь таба­ка, томата, огурца, карликовость, увядание земляники), животных (чуму свиней, ящур). Однако препараты соответ­ствующих бактериофагов применяют для лечения бактери­альных заболеваний - дизентерии и холеры.

Получение интерферона - особого клеточного белка, препятствующего размножению вирусов, - широко ис­пользуют в медицине, особенно во время вспышек эпидемий гриппа. Это вещество универсального действия, активное по отношению ко многим вирусам, хотя чувствительность разных вирусов к нему неодинакова. Будучи продуктом са­мой клетки, интерферон полностью лишен токсического воздействия на нее. Сейчас применяют готовый интерфе­рон, его можно синтезировать в клетках, культивируемых вне организма.

До конца 1970-х гг. термин «бактерия» служил синони­мом прокариот, но в 1977 г. на основании данных молеку­лярной биологии прокариоты подразделили на царства архебактерий и эубактерий (собственно бактерий).

Строение бактерий. Подавляющее большинство бакте­рий (за исключением актиномицетов и нитчатых цианобак­терий) одноклеточны. По форме клеток они могут быть шаровидными (кокки), палочковидными (бациллы, клостридии, псевдомонады), извитыми (вибрионы, спириллы, спирохеты), реже - звездчатыми, тетраэдрическими, куби­ческими, С- или О-образными. Обязательными клеточными структурами бактерий являются:

Нуклеоид;

Рибосомы;

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ).

Прокариоты, в отличие от эукариот, не имеют в цито­плазме обособленного ядра. Вся необходимая для жизнеде­ятельности бактерий генетическая информация содержится в одной двухцепочечной ДНК (бактериальная хромосома), имеющей форму замкнутого кольца. Она в одной точке прикреплена к ЦПМ. ДНК в развернутом состоянии имеет длину более 1 мм. Бактериальная хромосома представлена обычно в единственном экземпляре, т. е. практически все прокариоты гаплоидны, хотя в отдельных случаях одна клетка может содержать несколько копий своей хромосо­мы. Деление хромосомы сопровождается делением клетки. Область клетки, в которой локализована хромосома, назы­вается нуклеоидом; она не окружена ядерной мембраной. В связи с этим новосинтезированная мРНК сразу доступна для связывания с рибосомами, т. е. процессы транскрип­ции и трансляции могут протекать одновременно. Ядрыш­ка нет.

Помимо хромосомы, в клетках бактерий часто находят­ся плазмиды - замкнутые в кольцо небольшие молекулы ДНК, способные к независимой репликации. Они содержат дополнительные гены, необходимые лишь в специфических условиях. В них кодируются механизмы устойчивости к от­дельным лекарственным препаратам, способности к перено­су генов при конъюгации, синтеза веществ антибиотиче­ской природы, способности использовать некоторые сахара или обеспечивать деградацию ряда веществ. То есть плаз­миды действуют как факторы адаптации. В некоторых слу­чаях гены плазмиды могут интегрировать в хромосому бак­терии.

Рибосомы прокариот отличаются от таковых у эукариот и имеют константу седиментации 70 S (у эукариот - 80 S).

У разных групп прокариот имеются локальные впячивания ЦПМ - мезосомы, выполняющие в клетке разнообраз­ные функции и разделяющие ее на функционально различ­ные части. Считается, что мезосомы принимают участие в делении бактерий. Когда на мембранах мезосом располага­ются окислительно-восстановительные ферменты, они явля­ются эквивалентами митохондрий клеток растений и живот­ных. У фотосинтезирующих бактерий во впячивания мембран вмонтирован пигмент - бактериохлорофилл. С его помощью и осуществляется бактериальный фотосинтез.

С внешней стороны от ЦПМ находятся несколько слоев (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол), называемых клеточной оболочкой, а также поверхностные структуры (жгутики, ворсинки, пили).

У бактерий существует два основных типа строения кле­точной стенки, свойственных грамположительным и грамотрицательным видам. Клеточная стенка грамположительных бактерий представляет собой гомогенный слой толщи­ной 20-80 нм, построенный в основном из пептидогликана муреина с большим количеством тейхоевых кислот и не­большим количеством полисахаридов, белков и липидов. У грамотрицательных бактерий пептидогликановый слой неплотно прилегает к ЦПМ и имеет толщину лишь 2-3 нм. Он окружен наружной мембраной, имеющей, как правило, неровную, искривленную форму.

С внешней стороны от клеточной стенки может нахо­диться капсула - аморфный слой гидратированных поли­сахаридов, сохраняющий связь со стенкой. Слизистые слои не имеют связи с клеткой и легко отделяются, чехлы же не аморфны, а имеют тонкую структуру.

Многие бактерии способны к активному движению с по­мощью жгутиков - выростов цитоплазмы.

Размножение бактерий. Бактерии не имеют полового процесса и размножаются лишь равновеликим бинарным поперечным делением или почкованием. Для одной группы одноклеточных цианобактерий описано множественное де­ление (ряд быстрых последовательных бинарных делений, приводящих к образованию от 4 до 1000 новых клеток под оболочкой материнской клетки).

У прокариот может происходить горизонтальный пере­нос генов. При конъюгации клетка-донор в ходе непосред­ственного контакта передает клетке-реципиенту часть свое­го генома (в некоторых случаях - весь геном). Участки ДНК донорной клетки могут обмениваться на гомологич­ные участки ДНК реципиента. Вероятность такого обмена значима только для бактерий одного вида.

Бактериальная клетка может поглощать и свободно на­ходящуюся в среде ДНК, включая ее в свой геном. Данный процесс носит название трансформации. В природных усло­виях обмен генетической информацией протекает с по­мощью бактериофагов (трансдукция). При горизонтальном переносе новых генов не образуется, однако осуществляется создание разных генных сочетаний. Эти свойства бактерий очень важны для генетической инженерии.

Спорообразование у бактерий. Некоторые бактерии об­разуют споры. Их формирование характерно для особо ус­тойчивых форм с замедленным метаболизмом и служит для сохранения в неблагоприятных условиях, а также для рас­пространения. Споры могут сохраняться продолжительное время, не теряя жизнеспособности. Так, эндоспоры многих бактерий способны выдерживать 10-минутное кипячение при 100 °С, высушивание в течение тысячи лет и, по неко­торым данным, сохраняются в жизнеспособном состоянии в почвах и горных породах миллионы лет.

Метаболизм бактерий. За исключением некоторых спе­цифических моментов, биохимические пути, по которым осуществляется синтез белков, жиров, углеводов и нуклео­тидов, у бактерий схожи с таковыми у других организмов. Однако по числу возможных биохимических путей и, соот­ветственно, по степени зависимости от поступления органи­ческих веществ извне бактерии различаются. Часть бакте­рий может синтезировать все необходимые им органиче­ские молекулы из неорганических соединений (автотрофы), другие же требуют готовых органических соединений, ко­торые они способны лишь трансформировать (гетеротрофы).

Классификация бактерий. Наибольшую известность получила фенотипическая классификация бактерий, осно­ванная на строении их клеточной стенки. На основе этой классификации построен «Определитель бактерий Берги», девятое издание которого вышло в 1984-1987 гг. Крупней­шими таксономическими группами в ней стали четыре от­дела: Gracilicutes (грамотрицательные), Firmicutes (грамположительные), Tenericutes (микоплазмы) и Mendosicutes (археи).

Значение бактерий. Бактерии-сапрофиты играют боль­шую роль в круговороте веществ в природе, разрушая в экосистемах мертвый органический материал. Хорошо из­вестна их роль во всех биогеохимических циклах на нашей планете. Бактерии принимают участие в круговоротах хи­мических элементов (углерода, железа, серы, азота, фосфо­ра и др.), в процессах почвообразования, определяют пло­дородие почв.

Многие бактерии «населяют» организмы животных и человека, стоят на страже здоровья.

Биотехнологические функции, выполняемые бактериями, разнообразны. Их применяют при производстве различных веществ: уксуса (Gluconobacter suboxidans), молочнокислых напитков и продуктов (Lactobacillus, Leuconostoc), а также микробных инсектицидов (Bacillus thuringiensis) и герби­цидов, белков (Methylomonas),витаминов (Clostridium- рибофлавин); при переработке отходов, получении бактери­альных удобрений, растворителей и органических кислот, биогаза и фотоводорода. Широко используется такое свой­ство некоторых бактерий, как диазотрофность, т. е. способ­ность к фиксации атмосферного азота.

Благодаря быстрому росту и размножению, а также простоте строения, бактерии активно применяют в научных исследованиях по молекулярной биологии, генетике и био­химии, в генно-инженерных работах при создании геном­ных клонотек и введении генов в растительные клетки (агробактерии). Информация о метаболических процессах бактерий позволила производить бактериальный синтез ви­таминов, гормонов, ферментов, антибиотиков и др.

Перспективными направлениями являются очистка с использованием бактерий почв и водоемов, загрязненных нефтепродуктами или ксенобиотиками, а также обогащение руд с помощью сероокисляющих бактерий.

Нельзя забывать о том, что отдельные виды бактерий вызывают опасные заболевания у человека (чуму, холеру, туберкулез, брюшной тиф, сибирскую язву, ботулизм и др.), животных и растений (бактериозы). Некоторые виды бактерий могут разрушать металл, стекло, резину, хлопок, древесину, масла, лаки, краски.

2.2. Водоросли

Водоросли - наиболее древняя и разнородная группа организмов. Они обитают в водной среде, почве, на поверх­ности растений и в других местах. Большинство водорослей являются автотрофами, так как содержат хлорофилл и мо­гут использовать солнечный свет, но нередко их зеленая окраска маскируется другими пигментами. Некоторые во­доросли утратили способность к фотосинтезу и перешли на гетеротрофный тип питания.

Особенности строения водорослей. По строению тела различают одноклеточные, колониальные и многоклеточ­ные водоросли. Оно может быть представлено талломом, или слоевищем, и не подразделяется на вегетативные орга­ны. По форме многоклеточного таллома выделяют нитча­тые, пластинчатые и сифоновые водоросли.

Клетки многих водорослей похожи на растительные. У них имеются клеточная стенка, одна крупная или не­сколько мелких вакуолей с клеточным соком, а также хлоропласты, которые называются хроматофорами. В хроматофорах находятся пигментные системы, в состав которых входят хлорофиллы (зеленые пигменты), каротиноиды (желто-оран­жевые пигменты) и фикобиллины (сине-фиолетовые пиг­менты). Их соотношение определяет окраску водоросли.

Форма хроматофоров очень разнообразна. Она может быть пластинчатой, цилиндрической, лентовидной, чаше­видной, звездчатой и т. д. В хроматофорах расположены пиреноиды, вокруг которых откладываются запасные веще­ства в виде крахмала или близкого к нему углевода.

Вегетативные клетки таллома снаружи покрыты твер­дой стенкой, состоящей из целлюлозы и пектиновых ве­ществ. Иногда снаружи клеточная стенка покрыта или инкрустирована кремнеземом. Цитоплазма заполняет всю полость клетки или расположена послойно. В клетке нахо­дится одно или несколько ядер. Кроме крахмала, в качестве запасных продуктов могут накапливаться капельки масла.

Размножение водорослей. Для водорослей характерны, как правило, одноклеточные органы размножения, спороношения и полового размножения.

Размножение у водорослей может происходить тремя способами:

Вегетативным (деление клеток пополам, фрагментами колоний и нитей, специализированными структурами - клубеньками - у харовых);

Собственно бесполым (подвижными зооспорами и неподвижными апланоспорами);

Половым (с участием гамет или без образования га­мет, путем слияния ядер вегетативных клеток).

Собственно бесполое размножение осуществляется с по­мощью зооспор или клеточных образований, возникающих внутри вегетативных клеток или в особых органах (зооспо­рангиях или спорангиях) путем деления их содержимого. Вскоре после выхода в воду через отверстия в стенке спо­рангия зооспоры сбрасывают жгутики, покрываются кле­точной оболочкой и прорастают в новую особь.

Половой процесс возможен в формах:

Изогамии, при которой происходит слияние одинако­вых по размеру и форме подвижных гамет;

Гетерогамии, при которой сливаются подвижные га­меты, имеющие одинаковую форму, но отличающиеся по размерам;

Оогамии, когда сливается неподвижная крупная жен­ская гамета - яйцеклетка с мелким подвижным спермато­зоидом.

У некоторых зеленых водорослей половой процесс осу­ществляется в форме конъюгации.

У одних водорослей одна и та же особь может образовы­вать гаметы или споры - в зависимости от возраста и ус­ловий окружающей среды, у других - функции полового и бесполого размножения выполняют разные особи.

Водоросли, на которых развиваются органы бесполого размножения, называются спорофитами, а водоросли, на которых развиваются половые органы, - гаметофитами. Эти два поколения в цикле развития организма могут силь­но отличаться по структуре или, наоборот, быть внешне по­хожими друг на друга. Строго упорядоченные жизненные циклы, сходные с циклами высших растений, существуют лишь у эволюционно продвинутых видов, таких, как пред­ставители бурых и зеленых водорослей.

Классификация водорослей. Многочисленные виды во­дорослей отличаются между собой анатомическим строени­ем как всей особи, так и отдельных it леток, различием в пигментах и других включениях и т. д. На основании этих признаков водоросли подразделяют на 10 отделов. Рассмот­рим те из них, которые нашли применение в биотехнологии.

Бурые водоросли

Свое название бурые водоросли получили из-за высоко­го содержания в хроматофорах (помимо хлорофилла) буро­го пигмента фукоксантина. Изучено около 1,5 тыс. видов этих водорослей, которые распространены главным образом в морях и океанах, преимущественно в прибрежном мелко­водье. Иногда их находят и вдали от берегов. Бурые водо­росли считаются важным компонентом бентоса.

Постоянные скопления бурых водорослей известны в той части Атлантического океана, которое носит название Саргассово море (соответственно сами эти водоросли назы­вают саргассами). Они не являются бентосными, а облада­ют плавучестью благодаря воздушным пузырькам, за счет которых постоянно дрейфуют. В прибрежной же части они ведут обычный бентосный образ жизни.

Таллом бурых водорослей многоклеточный, часто дости­гает гигантских размеров (до 30-50 м). У самых развитых, крупных видов таллом пластинчатый, т. е. многослойный, и разделен как бы на «ткани», выполняющие разные функ­ции. Клетки бурых водорослей одноядерные. Многочислен­ные хлоропласты чаще дисковидные. Запасные продукты накапливаются в виде ламинарина (полисахарид), маннита (сахароспирт) и масла. Пектиново-целлюлозные клеточ­ные стенки легко ослизняются. Продолжительность жизни бурых водорослей достигает нескольких лет.

Вегетативное размножение бурых водорослей может осуществляться обрывками таллома. У некоторых видов имеются выводковые почки, которые легко отламываются и вырастают в новую особь.

Бесполое размножение (отсутствует у фукусовых) про­исходит с помощью многочисленных двухжгутиковых зоо­спор, образующихся в одногнездных (изредка - в многогнездных) зооспорангиях, либо с помощью неподвижных тетраспор, образующихся в одногнездных тетраспорангиях.

Половой процесс у бурых водорослей встречается во всех формах. У простейших - в форме изо- или гетерогамии, у наиболее высокоорганизованных (например, у ламинарии) половой процесс оогамный. Размножение ламинарии про­исходит с помощью спор. Зооспоры у нее заключены в мно­гочисленные спорангии, или мешочки. При выходе спор наружу окружающая вода приобретает мутный оттенок. Постепенно споры разносятся течением и оседают на дно, где прикрепляются к шероховатостям и прорастают. На развив­шихся ростках (гаметофитах) образуются разнополые клет­ки. На одних ростках (мужских) появляются мелкие под­вижные сперматозоиды, на других (женских) - яйцеклетки. Осенью происходит оплодотворение будущей ламинарии. Зигота вскоре прорастает в водоросль (спорофит), дости­гающую через год длины 4-5 м. Этой же осенью из развив­шегося растения выходят споры. Старое слоевище разруша­ется, и на его месте развивается новое, которое к весне сле­дующего года достигает нормальной промысловой длины.

Основные представители: ламинария, фукус, падина, макроцистис, алярия и др.

Красные, или багряные, водоросли

Почти все красные водоросли являются морскими оби­тателями, обычными в бентосе, находящемся на значитель­ной глубине. Лишь немногие из них обитают в пресновод­ных бассейнах и в почве.

Разнообразная окраска этих водорослей объясняется на­личием, помимо хлорофилла, еще двух пигментов: красно­го -- фикоэритрина и синего - фикоцианина. От соотно­шения этих пигментов окраска таллома может варьировать от малиново-красной до голубовато-стальной. Благодаря та­кому пигментному составу образуется специфический за­пасной продукт - багрянковый крахмал, который от йода приобретает буро-красный цвет.

Клеточные стенки вместе с межклеточным веществом у некоторых видов сильно ослизняются, из-за чего весь тал­лом приобретает слизистую консистенцию. В связи с этим многие красные водоросли используют для получения агар-агара.

Большинство красных водорослей - двудомные орга­низмы. Они размножаются бесполым и прогрессивным по­ловым путем. Многие «багрянки» характеризуются пра­вильной сменой гаметофита и спорофита, внешне неотличи­мых друг от друга. У некоторых красных водорослей циклы развития носят сложный характер.

Основные представители: порфира, филлофора, анфельция и др.

Зеленые водоросли

Зеленые водоросли характеризуются травянисто-зеле­ной окраской, зависящей от преобладания хлорофиллов над каротиноидами. Клетка большинства таких водорослей покрыта целлюлозной оболочкой. У многих из них наблю­дается свойственное высшим растениям правильное чередо­вание бесполого и полового поколения; некоторые зеленые водоросли перешли к наземному существованию.

Представители этого отдела (около 15 тыс. видов) рас­пространены в пресных водах, некоторые - в морях, и очень немногие обитают в условиях периодического увлаж­нения (на почве, стволах деревьев, заборах, цветочных горшках и т. д.).

Типичным представителем является водоросль рода Хламидомонада. Это одноклеточная водоросль, со жгутика­ми, многочисленные виды которой обитают в лужах, кана­вах и других мелких пресных водоемах. В случае их массо­вого развития вода нередко принимает зеленую окраску. При подсыхании водоема хламидомонады теряют жгутики, ослизняются и в таком неподвижном состоянии пережида­ют неблагоприятные условия, а при попадании в воду клет­ки снова вырабатывают жгутики и возвращаются к подвиж­ному состоянию. В благоприятных условиях эти водоросли интенсивно размножаются бесполым путем, формируя большое количество зооспор. У большинства видов половой процесс изогамный.

Род Хлорелла широко распространен в пресных водах, где эта водоросль придает воде зеленый цвет. Она встреча­ется также на сырой земле, на коре деревьев и т. д. Хло­релла - представитель одноклеточных зеленых водорос­лей, у которых отсутствуют жгутики. При бесполом разм­ножении содержимое клетки распадается, образуя от 4 до 64 дочерних клеток, которые освобождаются после разрыва стенки материнской клетки. Половой процесс отсутствует. В клетках хлореллы накапливается много запасных про­дуктов, витаминов, антибиотиков, поэтому ее культивиру­ют в различных целях.

Ярким представителем зеленых водорослей, имеющих таллом в виде разветвленной нити, сложенной из одноядер­ных клеток, может служить род Улотрикс. Эти водоросли встречаются в прибойной полосе больших озер, образуя ва­тообразные обрастания на камнях.

К классу конъюгатов относится представитель рода Спирогира, имеющий нитчатый таллом без жгутиков. Мно­гочисленные виды этого рода имеют лентовидные, спираль­но закрученные хроматофоры с пиреноидами, окруженные крахмальными зернами. Ядро находится в центре клетки и погружено в цитоплазму.

Половой процесс - конъюгация - заключается в слия­нии протопластов вегетативных клеток. Это так называе­мая лестничная конъюгация, которая происходит между клетками параллельно расположенных нитей. Образовав­шаяся в результате слияния протопластов конъюгирующих клеток зигота вырабатывает толстую стенку и переходит в состояние покоя. Ядра сливаются незадолго до прорастания зиготы, после чего образуются четыре гаплоидных ядра, причем из четырех ядер только одно остается жизнеспособ­ным и поэтому развивается только одна особь. Помимо конъюгации, широко распространено вегетативное размно­жение. Оно осуществляется благодаря разрыву нитей на от­дельные участки, клетки которых начинают делиться и об­разуют новые нити.

Основные представители: хлорелла, улъва, спирогира, улотрикс, вольвокс, эвглена и др.

Диатомовые

Клеточные стенки диатомовых водорослей состоят в ос­новном из кремнезема, образующего защитный панцирь, который имеет две отдельные части - теки: верхнюю - эпитеку и нижнюю - гипотеку. Пояс эпитеки плотно надвинут на поясок гипотеки. В створках теки имеются сквозные отверстия - поры, обеспечивающие обмен ве­ществ, а также пустоты. Внутри клетки находятся прото­пласт и вакуоли. Ядро одно. Хлоропласты имеют бурую ок­раску, так как хлорофилл в них замаскирован бурыми пиг­ментами - каротиноидами и диатомином (пигмент из группы ксантофиллов). Запасные продукты откладывают­ся в виде масла, волютина и лейкозина.

Основные представители: пиннулярия, навикула, мелозира, табеллярия и др.

Значение водорослей. Водоросли, обитающие в воде, подразделяют на две большие группы: планктонные и бентосные.

Планктоном называют совокупность свободно плаваю­щих в толще воды на небольшой глубине мелких - пре­имущественно микроскопических - организмов. Расти­тельная часть планктона, образуемая водорослями, состав­ляет фитопланктон. Значение фитопланктона для обитателей водоема огромно, так как им производится ос­новная масса органических веществ, т. е. водоросли явля­ются продуцентами в цепи питания.

К бентосным водорослям относятся особи, прикрепленные ко дну водоемов, находящиеся в воде на глубине 30-50 м.

Однако наиболее теневыносливые бурые и красные водорос­ли достигают глубины 100-200 м, а отдельные виды - 500 м и более.

Водоросли живут на почве и даже в атмосферном возду­хе (некоторые виды хлореллы). Отдельные виды, попадая вместе с бактериями на бесплодные субстраты, становятся пионерами их заселения. Многие водоросли активно участ­вуют в процессе почвообразования. Азотфиксирующие во­доросли (анабена) накапливают в почве азот. Некоторые ви­ды водорослей (носток и др.) входят в состав комплексных организмов - лишайников.

Хозяйственное значение водорослей заключается в непо­средственном использовании их в качестве пищевых про­дуктов или как сырья для получения различных веществ, ценных для человека.

Из многочисленных видов водорослей съедобными в на­стоящее время считаются 80 (в основном это морские виды - ламинария, порфира, ульва, спируллина и т. д.). Съедоб­ные водоросли богаты минеральными веществами, особенно йодом. Среди красных водорослей порфира считается дели­катесом во многих приморских странах. В Японии насчи­тывается более 300 наименований блюд из морской капус­ты. Одно из самых популярных блюд с водорослями - су­ши. Под общим названием mozuku биологи обнаружили ряд из шести видов водорослей - kombu, wakame, nori, hijiki и др., которые употребляют в пищу. По статистиче­ским данным, только сырых водорослей японцы съедают в год лишь в 35 раз меньше по весу, чем риса, который, как известно, в этой стране считается блюдом номер один.

Одноклеточные водоросли выращивают в условиях мяг­кого теплого климата (Средняя Азия, Крым) в открытых бассейнах на специальной среде. К примеру, за теплый пери­од года (шесть - восемь месяцев) можно получить 50-60 т биомассы хлореллы с 1 га, тогда как одна из самых высо­копродуктивных трав - люцерна дает с той же площади только 15-20 т урожая. Хлорелла содержит около 50 % белка, а люцерна - лишь 18 %. В целом в пересчете на 1 га хлорелла образует 20-30 т чистого белка, а люцерна - 4 2- 3,5 т. Кроме того, хлорелла содержит: углеводы - 40 %, жиры - 7-10 %, витамины А (в 20 раз больше), В 2 , К, РР и многие микроэлементы. Варьируя состав питательной среды, можно в клетках хлореллы сдвинуть процессы био­синтеза в сторону накопления либо белков, либо углеводов, а также активировать образование тех или иных витами­нов. В клетках хлореллы содержится также антибиотик хлореллин.

Водоросли служат кормом для рыб и водоплавающих птиц. В ряде стран их используют как витаминную добавку к кормам для сельскохозяйственных животных. Так, во Франции, Шотландии, Швеции, Норвегии, Исландии, Япо­нии, Америке, Дании и на Русском Севере водоросли при­бавляют к сену или дают как самостоятельный корм коро­вам, лошадям, овцам, козам, домашней птице. Для этой цели строят заводы. Опыты, проведенные в Мурманской об­ласти России, показали, что водорослями можно заменить примерно 50 % сочных и 30 % грубых кормов в суточном рационе животного. При этом удои молока и яйценоскость у птиц повышались на 10 % и выше.

Водоросли могут служить удобрением. В таком качестве их широко применяют в Ирландии, Шотландии, Норвегии, Франции. Запахивание биомассы водорослей обогащает поч­ву фосфором, калием, йодом и значительным количеством микроэлементов, а также пополняет почвенную азотфиксирующую микрофлору. При этом водоросли разлагаются в почве быстрее, чем навозные удобрения, и не засоряют ее семенами сорняков, личинками вредных насекомых, спора­ми фитопатогенных грибов. Применение водорослевого пе­регноя и запахивание штормовых выбросов на 140-300 % повышает урожайность не только злаковых культур (пше­ницы, ячменя), но и овощей.

В Израиле на опытных установках проводят экспери­менты с зеленой одноклеточной водорослью Dunaliella,ко­торая способна синтезировать глицерол. Dunaliellaможет расти и размножаться в среде с широким диапазоном со­держания соли: в морской воде и в почти насыщенных рас­творах Мертвого моря. Она накапливает свободный глице­рол как осмопротектор, чтобы тем самым противодейство­вать высоким концентрациям солей в среде выращивания. При таких условиях выращивания дуналиеллы на долю глицерола приходится до 85 % сухой массы клеток. В ней содержится также значительное количество (3-каротина. Та­ким образом, культивируя эту водоросль, можно получать глицерол, пигмент и белок, что весьма перспективно с эко­номической точки зрения.

Красные водоросли (роды: анфельция, гелидиум, грацилярия) служат источником получения агар-агара (желирующего вещества, широко применяемого в кондитерской, бумажной, фармацевтической промышленности и в микро­биологии). Получают агар-агар (далее - агар) длительным кипячением водорослей. После остывания образуется плот­ное желеобразное вещество, которое применяют при изготов­лении мармелада, пастилы, стабилизации многих консервов, сиропов, шоколадных напитков, мороженого. Кожа, бумага или ткань, обработанные агаром, становятся более прочны­ми и приобретают приятный блеск.

У других багрянок (роды: литотамнион, литофиллум) клеточные стенки инкрустированы известью, которая при­дает таллому твердость камня. Такие красные водоросли принимают участие в образовании коралловых рифов.

Зола водорослей служит сырьем для получения брома и йода. Со времен открытия йода (середина XIX в.) Норвегия и Шотландия извлекали его почти исключительно из дон­ных водорослей. Во время Первой мировой войны, когда потребность в препаратах йода резко возросла, японские за­воды, переработав миллионы тонн сырых водорослей, полу­чили около 600 т йода.

Некоторые водоросли служат в качестве индикаторных организмов при определении степени загрязнения водое­мов. Например, массовое развитие осциллятории - показа­тель степени загрязнения при биологическом анализе воды. Применяют водоросли и для биологической очистки сточ­ных вод, а также - благодаря высокой скорости размноже­ния - для получения биомассы, используемой в качестве топлива.

Известны горные породы (диатомиты, горючие сланцы, часть известняков), возникшие в результате жизнедеятель­ности водорослей в прошлые геологические эпохи. Диатомин применяют в производстве материалов для звуковой и тепловой изоляции, при изготовлении фильтров для пище­вой и химической промышленности, шлифовке металлов. Водоросли участвуют в образовании лечебных грязей.

Бурые водоросли образуют подводные луга с огромной фитомассой. Они приобретают все возрастающее значение как кормовые, пищевые, лекарственные и технические рас­тения. В северных и умеренных широтах произрастает ла­минария - морская капуста, таллом которой достигает в длину 20 м и содержит много незаменимой аминокислоты метионина, йода, углеводов, минеральных веществ и вита­минов. Из ламинарии также получают алъгинит - клея­щее вещество, используемое в текстильной (ткани не вы­цветают и не промокают) и пищевой (при изготовлении консервов, соков) промышленности, при производстве ме­лованной бумаги. Альгинит повышает устойчивость лако­красочных покрытий и строительных материалов. Эту во­доросль культивируют в морях России и стран Юго-Восточ­ной Азии.

Благодаря таким свойствам водорослей, как простота строения, быстрый рост и скорость размножения, их широ­ко применяют в научных исследованиях по молекулярной биологии, генетике, генетической инженерии, биохимии и физиологии.

Предпринимаются попытки использовать некоторые вы­сокопродуктивные и неприхотливые водоросли (например, хлореллу, которая синтезирует белки, жиры, углеводы, ви­тамины и способна поглощать вещества, выделяемые чело­веком и животными) для создания замкнутого круговорота веществ в обитаемых отсеках космических кораблей.

Лишайники - это симбиотические ассоциации микро­скопических грибов и зеленых микроводорослей и/или ци­анобактерий, образующие слоевища (талломы) определен­ной структуры. Они выделяют кислоты и тем самым вносят существенный вклад в процессы почвообразования. Лишайники можно отнести к пионерам, т. е. к первым организ­мам, заселяющим субстрат в процессе первичной сукцессии.

Преимуществом лишайников является устойчивость к экстремальным условиям (засухе, морозам, высоким темпе­ратурам, ультрафиолетовому излучению). В то же время они проявляют повышенную чувствительность к загрязне­нию окружающей среды и могут служить индикаторами ее состояния.

Строение лишайников. Лишайники представляют собой симбиотическую ассоциацию фотосинтезирующего организ­ма, или фотобионта (водоросли или цианобактерии), и гриба (микобионта). Водоросли и цианобактерии питаются автотрофно, но воду и ионы они берут от гриба. Как прави­ло, грибной мицелий служит для водоросли защитной обо­лочкой, предохраняющей ее от высыхания. Сам гриб, не­способный синтезировать органические вещества, питается гетеротрофно ассимилятами партнера по симбиозу. Однако оба партнера могут существовать и как самостоятельные организмы.

По внутреннему строению лишайники подразделяют на:

Гомеомерные, когда клетки водоросли (фотобионта) распределены хаотично среди гиф гриба по всей толщине таллома;

Гетеромерные, когда таллом на поперечном срезе можно четко разделить на слои.

Большинство лишайников имеет гетеромерный таллом. В гетеромерном талломе верхний слой - корковый, сложен­ный гифами гриба. Он защищает таллом от высыхания и ме­ханических воздействий. Следующий от поверхности слой - гонидиальный. В нем располагается фотобионт. В центре имеется сердцевина, состоящая из беспорядочно перепле­тенных гиф гриба. В ней в основном запасается влага. Сердцевина выполняет также роль скелета. У нижней по­верхности таллома часто находится нижняя кора, с по­мощью выростов которой (ризин) лишайник прикрепляется к субстрату.

В образовании лишайников участвует около 20 % из из­вестных видов грибов (из них аскомицены - около 98 %, дейтеромицеты - около 1,6 %, базидиомицеты - около 0,4 %). Из водорослей в лишайниках наиболее распростра­нена Trebuxia.Из цианобактерий часто встречаются Nostoc, Calotrix.Цианобактерии как симбионты лишайников спо­собны осуществлять фотосинтез и фиксацию атмосферного азота.

По строению тела (таллома, или слоевища) лишайники бывают накипными (корковыми), листоватыми и кустис­тыми. Они распространены по всему земному шару - от тропиков до приполярных областей. Хорошо известны та­кие лишайники, как исландский мох (Cetraria islandica)и виды Usnea,свешивающиеся с деревьев наподобие бороды и очень похожие внешне на цветковые эпифитные растения рода Tillandsia.

Размножение. Большинство лишайников способно реге­нерировать даже из мелких фрагментов слоевища, содержа­щих и фотобионт, и микобионт. У многих групп лишайников по краям или на верхней поверхности слоевища образуются особые выросты - изидии, которые легко отламываются и дают начало новому слоевищу. В других случаях клетка фотобионта в сердцевине лишайника окружается несколь­кими слоями гиф, превращаясь в крошечную гранулу, на­зываемую соредией. Каждая соредия способна прорасти в новое слоевище. Хотя бесполое размножение лишайников достаточно эффективно, у грибов, образующих лишайники, широко распространен и половой процесс.

Значение лишайников. Лишайники настолько выносли­вы, что растут даже там, где отсутствует другая раститель­ность, например в Арктике и Антарктике. Они первыми за­селяют безжизненные субстраты, в частности камни, и на­чинают почвообразовательный процесс, необходимый для освоения этой среды растениями.

Ряд лишайников служит важным кормом для живот­ных (например, ягель, или олений мох (Cladonia rangiferina),- корм северных оленей). При нехватке другой пи­щи его едят иногда и люди. Определенные виды лишайни­ков считаются в Китае и Японии деликатесами.

Из лишайников можно получать красители, в частности лакмус, экстрагируемый из видов рода Roccella.Лакмус до сих пор широко применяют в химических лабораториях для быстрого и простого определения реакции среды: в кислой среде он краснеет, а в щелочной синеет. Другие лишайни­ковые красители в свое время использовали для окраски шерсти.

Лишайники очень чувствительны к загрязнителям воз­духа, особенно к диоксиду серы (сернистому газу). При этом степень чувствительности варьирует у разных видов, поэтому их используют в качестве биоиндикаторов степени загрязнения окружающей среды.

Находят применение лишайники и в народной медицине, а выделяемые из них лишайниковые кислоты (усниновая кислота и др.) используют в качестве компонента лекарст­венных средств от ряда заболеваний, например кожных.

Из некоторых лишайников (дубовый мох Evernia prunastriи др.) получают душистые вещества, применяе­мые в парфюмерии.

Грибы представляют собой обширную группу организ­мов, включающую около 100 тыс. видов. Это гетеротроф­ные организмы, лишенные хлорофилла. Минеральные ве­щества гриб способен усваивать из окружающей среды, од­нако органические вещества он должен получать в готовом виде.

Строение грибов. Вегетативное тело большинства гри­бов - мицелий - представляет собой переплетение тон­ких ветвящихся нитей (гиф). Мицелий бывает неклеточ­ный (лишен перегородок), представляющий собой как бы одну гигантскую клетку с множеством ядер, и клеточный, разделенный на клетки, содержащие одно или много ядер.

Клеточная стенка грибов содержит до 80-90 % полиса­харидов, связанных с белками и липидами. Скелетные ее компоненты состоят из хитина или целлюлозы. Запасные продукты клеток грибов - гликоген, волютин, масло.

Размножение грибов. Грибы размножаются нескольки­ми способами. Бесполое размножение может быть вегета­тивным и собственно бесполым. Под вегетативным размно­жением подразумевают почкование гиф или отдельных клеток (например, у дрожжей). Образующиеся почки посте­пенно отделяются, растут и со временем сами начинают почковаться. Собственно бесполое размножение осуществ­ляется посредством спор и конидий, которые обычно обра­зуются на специальных ветвях мицелия.

В зависимости от способа образования, различают эндо­генные и экзогенные споры. Эндогенные споры характерны для бесполого размножения низших грибов. Они образуют­ся внутри особых клеток, называемых спорангиями. Экзо­генные споры обычно называют конидиями. Они имеются у высших и у некоторых низших грибов. Конидии образуют­ся на вершинах или сбоку специальных гиф - конидиеносцев, ориентированных вертикально. Конидии покрыты плотной оболочкой, поэтому устойчивы, но неподвижны.

При половом размножении для низших грибов свойст­венно слияние гаплоидных клеток путем изогамии, гетеро­гамии и оогамии с образованием зиготы, которая покрыва­ется толстой оболочкой, некоторое время проводит в со­стоянии покоя, после чего прорастает. В случае оогамии развиваются половые органы - оогонии (женские) и анте­ридии (мужские).

Классификация грибов. Классификация основных отде­лов царства грибов основана на способе их размножения.

Зигомицеты (Zygomycota )

Это грибы с неклеточным мицелием или с небольшим количеством перегородок; у наиболее примитивных - в ви­де голого комочка протоплазмы - амебоида или в виде од­ной клетки с ризоидами.

Основные представители: мукор, ризопус.

Аскомицеты, или сумчатые грибы (Ascomycota )

Это грибы с многоклеточным гаплоидным мицелием, на котором развиваются конидии. Характерно образование су­мок с аскоспорами - основными органами размножения. Аскомицеты представляют собой одну из самых многочис­ленных групп грибов, которая насчитывает более 32 тыс. видов (примерно 30 % всех известных науке видов грибов). Их отличает огромное разнообразие - от микроскопиче­ских почкующихся форм до обладающих очень крупными плодовыми телами грибов.

Основные представители: хлебные дрожжи, пеницилл, аспергилл, спорынья, пецица, сморчок.

Базидиомицеты (Basidiomycota )

Основные представители: белый гриб, шампиньон, мухо­мор и т. д.

Аско- и базидиомицеты часто объединяют в группу выс­ших грибов.

Дейтеромицеты, или несовершенные грибы (Deuteromycota )

В эту гетерогенную группу объединены все грибы с чле­нистыми гифами, но с неизвестным до настоящего времени половым процессом. Насчитывается около 30 тыс. видов несовершенных грибов.

Значение грибов. Съедобные грибы (белые, сыроежки, грузди и др.) употребляют в пищу, но только после обра­ботки. Наиболее ценный гриб - французский черный трю­фель, для него характерен привкус прожаренных семечек или грецких орехов. Этот гриб является деликатесом. Он растет в дубовых и буковых рощах, главным образом в Южной Франции и Северной Италии.

Искусственное выращивание съедобных грибов способно внести существенный вклад в дело обеспечения продоволь­ствием все увеличивающегося населения земного шара. Не­обходимо сделать съедобные грибы такой же управляемой сельскохозяйственной культурой, как зерновые злаки, ово­щи, фрукты. Наиболее легко поддаются искусственному выращиванию древоразрушающие грибы.

В пищевой промышленности различные дрожжевые культуры применяют в хлебопечении, для приготовления уксуса и спиртных напитков (вина, водки, пива, кумыса, кефира), а плесневые культуры - для изготовления сыров (рокфор, камамбер), соевого соуса (Aspergillus oryzae),а также некоторых вин (херес).

Иногда грибы используют как источник галлюциноге­нов.

Грибы и препараты из них широко применяют в меди­цине. Некоторые виды грибов продуцируют важные веще­ства, в том числе антибиотики - пенициллы, стрептомицеты. В списке официальных препаратов содержатся много­численные препараты из грибов, например из чаги, спорыньи. В восточной медицине используют цельные гри­бы - рейши (ганодерма), шиитаке и др.

Многие грибы способны к взаимодействию с другими организмами посредством своих метаболитов или прямо ин­фицируя их. Применение сельскохозяйственных пестицидных препаратов из некоторых грибов рассматривается как возможность управления размерами популяций вредителей сельского хозяйства, таких, как насекомые, нематоды.

В качестве биопестицидов (препарат боверин) использу­ют, например, энтомопатогенные грибы. Мухомор издавна применялся как инсектицид.

Разнообразны и биотехнологические функции грибов. Их используют для получения таких продуктов, как:

Лимонная кислота (аспергиллус);

Гиббереллины и цитокинины (физариум и ботритис);

Каротиноиды (астаксантин, придающий мякоти лосо­севых рыб красно-оранжевый оттенок, вырабатывают гри­бы Rhaffia rhodozima);

Белок (Candida, Saccharomyces lipolitica);

Trichosporon cutaneum,окисляющий многочисленные органические соединения, включая некоторые токсичные (например, фенол), играет важную роль в системах аэроб­ной переработки стоков.

Плесени также продуцируют ферменты, используемые в промышленности (амилазы, пектиназы и т. д.).

Грибы принимают участие в образовании симбиотиче­ской микоризы с корнями высших растений. Гриб получает от дерева органические соединения, а сам делает воду и ми­неральные вещества доступными для поглощения и всасы­вания растением. Кроме того, гриб обеспечивает дерево большей поверхностью всасывания.

Однако некоторые грибы оказывают и отрицательное воздействие. Так, отдельные представители плесневых гри­бов существенно снижают урожай сельскохозяйственных культур. Грибы-древоразрушители вызывают быструю дест­рукцию деревьев и древесных материалов, поэтому рас­сматриваются как патогенные. Известно большое количест­во разнообразных патогенных грибов, вызывающих заболе­вания растений, животных и человека.

Водный папоротник азолла ценится как органическое азотное удобрение, поскольку растет в тесном симбиозе с синезеленой водорослью анабена. Необычность симбиоза со­стоит в том, что на корнях азоллы не образуется привыч­ных клубеньков или иных выростов. Цианобактерии зани­мают полость на нижней стороне листочка папоротника, недалеко от его основания. По мере роста листа и размно­жения цианобактерий полость заполняется, а входное от­верстие зарастает. Это позволяет симбиотическому организ­му анабена-азолла накапливать много азота в вегетативной массе. Для повышения урожая риса азоллу переносят на поля, уже залитые водой и засаженные молодыми рас­теньицами риса. Поверхность воды быстро зарастает азоллой, которая через некоторое время, с наступлением жар­кого периода, отмирает, образуя большую массу органиче­ского удобрения. Распад биомассы папоротника после его отмирания происходит за неделю, а через месяц освободив­шиеся соединения азота становятся доступными растениям. В результате урожайность риса возрастает на 20 %. Одно­временно это позволяет снижать количество вносимых ми­неральных удобрений.

Представители семейства Рясковых(Lemnaceae) - свободноживущие водные плавающие цветковые растения, самые мелкие и простые по строению: их величина редко превы­шает 1 см. Вегетативное тело рясковых напоминает лист.

Рясковые (Lemna minor, L. trisulca, Wolfia, Spirodela polyrhiza)служат кормом для животных, для уток и дру­гих водоплавающих птиц, для рыб и ондатры. Их применя­ют и в свежем, и в сухом виде как ценный белковый корм для свиней и домашней птицы. Рясковые содержат много протеина (до 45 % от сухой массы), углеводов (45 %), жи­ров (5 %), остальное - клетчатка и т. д. Они высокопро­дуктивны, неприхотливы в культуре, хорошо очищают во­ду и обогащают ее кислородом. Это делает рясковых цен­ным объектом для морфогенетических, физиологических и биохимических исследований.

Микроскопические грибы как объект биотехнологии

Этим уроком завершается изучение темы «Основы биотехнологии», которая самостоятельным разделом входит в тему «Основы селекции» в 11-м классе с углубленным изучением биологии.

Цель урока: усвоение учащимися знаний об использовании микроскопических грибов в пищевой, фармацевтической промышленности, сельском хозяйстве, при утилизации бытовых отходов, в качестве объекта биотехнологических исследований, направленных на оптимизацию существующих и создание новых производств.

Оборудование: таблички с терминами, прикрепляющиеся на металлическую доску с помощью магнитов, таблица «Микробные методы рециклизации» (на каждой парте), тесты для контроля знаний, костюмы для инсценировки.

ХОД УРОКА

Активизация познавательной деятельности

Восстановление в памяти изученного ранее материала.

– Какую тему мы изучаем? (Основы биотехнологии.)
– Что такое биотехнология? (Использование живых организмов и биологических процессов в производствах.)
– С какими объектами биотехнологии мы познакомились на предыдущих уроках? (С бактериями.)
– Как называется наука, изучающая грибы? (Микология.)

Изучение нового материала

Учитель формулирует основные задачи урока.

Б. Просмотр инсценировки «Микроскопические грибы» (см. «Биология», № 5/1997).

В. Обсуждение спектакля. (По ходу обсуждения на доске вычерчивается схема.)

1. Дрожжи как наиболее изученный объект биотехнологических исследований

(выступление учащегося, сыгравшего в спектакле Дрожжевую клетку)

Дрожжи – сборная группа грибов, не имеющих типичного мицелия и существующих в виде отдельных почкующихся или делящихся клеток.
Известно около 500 видов дрожжей. Все дрожжи – гетеротрофы с окислительным (дыхание) или бродильным (брожение) типом обмена веществ. Дрожжи синтезируют белки, липиды, внеклеточные полисахариды, витамины группы В. Вызывают болезни: молочницу (криптококкоз, кандидоз) и другие микозы.
Использование человеком: пивоварение, виноделие, спиртовая промышленность, хлебопечение, микробиологическая промышленность (кормовой белок, ферменты), а также как объект исследований в биоэнергетике, радиобиологии, генетике.
Большинство из используемых человеком видов относятся к роду сахаромицеты (Saccharomyces ) из класса аскомицетов (Ascomycota ), которые активно сбраживают простые углеводы до этилового спирта. Спиртовое брожение впервые было подробно изучено Луи Пастером.

Схема окисления углеводов до этанола:

сахар ---> пируват ---> СO 2 + ацетальдегид ---> этанол.

Наиболее детально изучена генетика пекарских дрожжей S.cerevisiae . Методами генной инженерии в хромосомы клеток дрожжей встраивают и клонируют («размножают» при репликации хромосомальной ДНК) гены, ответственные за синтез гормонов и других ценных соединений.
Свойства дрожжей, ценные для биотехнологии: быстро растут, безопасны для человека, растут на дешевой среде (парафин, меласса, метиловый спирт). Недостаток – сложно получать внутриклеточные продукты, т.к. клетки покрыты очень прочной оболочкой. Наиболее часто применяемый способ получения внутриклеточных соединений – автолиз, т.е. разрушение клетки под действием ее собственных ферментов.

Хлебопечение. Раньше в хлебопечении повсеместно использовалось дрожжевое опарное тесто. Его и сейчас широко используют для выпечки ржаного хлеба, а также в домашнем хозяйстве. Для получения такого теста используют опару – небольшую порцию теста, оставленную от предыдущего замеса или замешанную заранее, до основного замеса. В опаре содержатся и размножаются дрожжи и молочнокислые бактерии, придающие черному хлебу приятную кислинку и аромат. Дрожжевой белый хлеб выпекают безопарным способом – дрожжи помещают вместе с мукой и др. компонентами сразу в основной замес. Непосредственно перед выпечкой содержащаяся в опаре смешанная популяция стимулируется к размножению добавлением молока, воды, сахара, муки. Полученное тесто «подходит», увеличиваясь в объеме за счет интенсивного выделения СО 2 при быстром размножении дрожжей, сбраживающих углеводы.

Виноделие. На поверхности и внутри ягод живут разнообразные микроорганизмы, среди которых много дрожжей. Поэтому отжатый сок – сусло – начинает бродить без дополнительного добавления дрожжей. На этом основано кустарное виноделие.
Процессу брожения могут помешать прежде всего уксусно- и молочнокислые бактерии, нежелательные дрожжи, дрожжеподобные грибы. Чтобы исключить риск порчи виноматериала при промышленном производстве вина в виноградное сусло вводят заранее выращенные и активированные винные дрожжи. Применяемые расы дрожжей, чаще всего относящиеся к сахаромицетам, и ход процесса брожения определяют тип вина. Так, например, при изготовлении хереса используют специальные хересные дрожжи и бочки с вином не заполняют доверху (что недопустимо при изготовлении других вин).
Процессы, используемые в виноделии, подробно изучил Луи Пастер. Дрожжи сбраживают сахара, содержащиеся в виноградном соке (см. схему выше). Брожение продолжается до тех пор, пока дрожжи не израсходуют весь сахар. Дрожжи образуют спирт лишь в отсутствие кислорода или при его недостатке. Если кислорода много, дрожжи окисляют сахар полностью до углекислого газа и воды. Пока брожение протекает бурно, выделяющийся углекислый газ предохраняет поверхность сусла от взаимодействия с кислородом воздуха. Когда брожение прекращается, бочку с молодым вином надо запечатать. Если этого не сделать, уксуснокислые бактерии, используя кислород, превратят спирт в уксусную кислоту. Именно таким образом получают винный (или яблочный) уксус. На основании результатов своих исследований Пастер рекомендовал виноделам Франции соблюдать микробиологическую чистоту при приготовлении вина: тщательно мыть бочки и окуривать вино сернистым ангидридом.

Пивоварение. Пивоварение, как и винокурение, – традиционное производство во многих странах мира. Как правило, оно индустриализировано сильнее, чем виноделие, и дрожжевой компонент имеет здесь еще большее значение. Применяемые штаммы – специальные виды сахаромицетов. Сбраживающие ячменное сусло дрожжевые клетки за короткий срок доводят содержание в нем спирта до 3–5%. Чтобы замедлить слишком интенсивное размножение дрожжей и накопить продукты, придающие пиву его вкус (альдегиды, кетоны, многоатомные спирты), ферментацию проводят при низких температурах – 2–8 °С. В этих условиях дальнейшее окисление альдегидов и спиртов почти не происходит.
Многие пивоварни и сейчас оснащены открытыми бродильными чанами, и лишь крупные заводы имеют гepмeтичные емкости. Крупные дрожжевые клетки в готовом пиве отмирают и оседают, небольшая их доля остается во взвеси, и продолжающееся брожение пива в емкостях для хранения обуславливает насыщение его углекислым газом.

2. Пенициллы

(сообщение учащегося)

Род Пенициллиум (Penicillium ) относится к порядку гифомицетов (Hyphomycetales ) из класса несовершенных грибов (Deuteromycota ). Естественное местообитание этих грибов – почва, они часто обнаруживаются на самых разных субстратах, главным образом растительного происхождения.
Еще в XV–XVI вв. в народной медицине при лечении гнойных ран использовалась зеленая плесень. В 1928 г. английский микробиолог Александр Флеминг заметил, что пеницилиум, случайно попавший в культуру стафилококка, полностью подавил рост бактерий. Эти наблюдения Флеминга легли в основу учения об антибиозе (антагонизме между отдельными видами микроорганизмов). В развитии исследований микробного антагонизма значительную роль сыграли Л.Пастер, И.И. Мечников.
Противомикробное действие зеленой плесени обусловлено особым веществом – пенициллином, выделяемым этим грибом в окружающую среду. В 1940 г. пенициллин был получен в чистом виде английскими исследователями Г.Флори и Э.Чейном, а в 1942 г., независимо от них, советскими учеными З.В. Ермольевой и Т.И. Балезиной. Во время второй мировой войны пенициллин спас жизни сотен тысяч раненых. Спрос на пенициллин был так велик, что его производство увеличилось с нескольких миллионов единиц в 1942 г. до 700 млрд единиц в 1945 г.
Пенициллин применяют при пневмонии, сепсисе, гнойничковых заболеваниях кожи, ангине, скарлатине, дифтерии, ревматизме, сифилисе, гонорее и других заболеваниях, вызванных грамположительными бактериями.
Открытие пенициллина положило начало поиску новых антибиотиков и источников их получения. С открытием антибиотиков появилась возможность успешного лечения почти всех инфекционных заболеваний, вызываемых микробами.
Но зеленые плесени успешно применяются не только в медицине. Большое значение имеют пенициллы вида P.roqueforti . В природе они обитают в почве. Мы хорошо знакомы с ними по группе сыров, характеризующихся «мраморностью»: «Рокфор», родиной которого является Франция, сыр «Горгонцола» из Северной Италии, сыр «Стилон» из Англии и др. Всем этим сырам свойственны рыхлая структура, специфический «плесневелый» вид (прожилки и пятна голубовато-зеленого цвета) и характерный аромат. P.roqueforti нуждается в малом количестве кислорода, выносит высокие концентрации углекислого газа.
При приготовлении мягких французских сыров «Камамбер», «Бри» и некоторых других используются P.camamberti и P.caseicolum , которые образуют на поверхности сыра характерный белый «войлочный» налет. под воздействием ферментов этих грибов сыр приобретает сочность, маслянистость, специфические вкус и аромат.

3. Аспергиллы

(сообщение учащегося)

(сообщение учащихся)

В мире ежегодно образуется огромное количество бытового мусора и отходов сельского и лесного хозяйства. Древесина и солома, а также бумажные отходы, которые составляют почти половину мусора, состоят из трех главных компонентов:

Избавляться от отходов следует, с одной стороны, как можно меньше загрязняя окружающую среду, а с другой – извлекая из них как можно больше энергии и углерода органических соединений. В настоящее же время отходы чаще всего сжигают или захоранивают необработанными, не получая в последнем случае даже тепловой энергии.

Однако возможны альтернативные подходы на основе использования грибов в сочетании с другими микроорганизмами. Один из путей рециклизации – разведение на древесных отходах съедобных грибов и кормовых дрожжей, но в общей сложности так перерабатывается не более 2% органических отходов.

Для разложения целлюлозы и лигнина предпочтительнее использовать именно грибы, т.к. активности содержащихся в них ферментов – целлюлаз и лигниназ – выше, чем у ферментов бактерий, особенно в кислой среде, которая свойственна древесным отходам (бактерии предпочитают слабощелочную среду).

Работа с табл. 1.

Таблица 1. Методы рециклизации с использованием грибов

	Исходный материал	Ферментирующие организмы (участие грибов: + или ++)	Продукт, результат
Запахивание	солома, опилки и др.	микроорганизмы почвы (+)	хорошее разложение параллельно разрыхлению почвы, рекомендуется на влажных, тяжелых грунтах, на сухих, легких почвах нежелательно
Компостирование	любые органические остатки	спонтанно увеличивающиеся популяции почвенных организмов (+)	перегной, богатый гумусом и питательными веществами, внесение удобрений и оптимизация условий ускоряют процесс
Получение биогаза	навозная жижа, сточные воды	анаэробные бактерии, но предварительные аэробные этапы возможны с участием грибов	газовая смесь 70% СН4 и 30% СО 2 (топливо), остаток – ценное удобрение
Получение кормовых дрожжей	сульфитные стоки целлюлозно-бумажных предприятий	сandida utilis, другие дрожжеподобные грибы или дрожжи (++)	кормовые дрожжи
Метод «Natick»	предварительно обработанные отходы целлюлозы	Trichoderma viride. 1-й этап: предкультура (++)	неочищенный раствор глюкозы после отфильтровывания биомассы грибов и твердых остатков; цена за 1 кг 10%-ного раствора около 0,8 марки

6. Выводы по теме

Не бывает «хороших» и «плохих» грибов, все они – неотъемлемая часть микромира, обеспечивающего круговорот веществ в биосфере.

Таблица 2. Свойства грибов

	отрицательные свойства	положительные свойства
дерматофиты	грибковые заболевания кожи	в природе разлагают кератин
спорынья		применяется в акушерстве, гинекологии
пенициллы	порча продуктов питания	применяются в производствах антибиотиков, сыров
аспергиллы	микозы (болезни птиц)	применяются в производствах сыров, соусов, сакэ

Человек должен изучать грибы, чтобы уменьшить или предотвратить наносимый ими вред и с пользой применять в практике своего хозяйствования.

Закрепление изученного материала

Для закрепления изученного материала учащиеся выполняют два варианта тестовых заданий.

Тестовые задания

Вариант 1

Выпишите номера предложений, отметьте знаком «+» правильные.

Выпишите номера вопросов и рядом запишите буквы правильных ответов.

1. Наука, изучающая возможности использования живых организмов и биологических процессов в производстве, называется:
а) микология; б) биотехнология; в) микробиология.

3. Сборная группа одноклеточных грибов называется:
а) бактерии; б) архебактерии; в) дрожжи; г) слизевики.

4. К хищным грибам относится:
а) пеницилл; б) аспергилл; в)дрожжи; г) артроботрис.

5. Грибы играют важную роль в рециклизации мусора, бытовых отходов и отходов сельского хозяйства:
а) да; б) нет.

6. Первым антибиотиком, полученным при помощи плесневых грибов, был:
а) пенициллин; б) тетрациклин; в) левомицитин; г) стрептомицин.

7. Микроскопические грибы используются при производстве:
а) ферментов, б) антибиотиков; в) органических кислот; г) все ответы верны.

1-й вариант. 1+, 2–, 3–, 4–, 5+, 6+, 7–, 8+, 9–, 10+.

2-й вариант. 1б, 2г, 3в, 4г, 5а, 6а, 7г.

3адание на дом

Изучить записи, подготовиться к зачету по теме «Биотехнология».

Объекты биотехнологии

Биология в последние десятилетия из науки, имевшей чис­то теоретический интерес, превратилась в науку, практичес­кую значимость которой трудно переоценить. Наблюдается четкая тенденция к «биологизации» промышленности. Биотех­нология становится одним из приоритетных направлений на­учно-технического прогресса. Широкие практические возмож­ности биотехнологии обусловили резкое увеличение числа изобретений, касающихся различных биологических объектов,

От способов лечения людей с помощью генной инженерии до способов охраны окружающей среды.

Достижения в области биотехнологии в настоящее время могут охраняться как предварительными патентами и патента­ми на изобретения, так и патентами на сорта растений и поро­ды животных. Возможна также охрана вкачестве ноу-хау, а также с помощью товарных знаков и норм авторского права.

Патенты становятся все более важным инструментом в деле «коммерциализации» биологии и биотехнологии, а также ору­дием в борьбе за рынки сбыта биотехнологической продукции. Вопрос о защите биотехнологических изобретений продолжа­ет дискутироваться как на национальных, так и международ­ном уровнях.

К объектам изобретений в области биотехнологии согласно пп. 9, 10 «Инструкции по составлению, подаче и рассмотрению заявки на выдачу предварительного патента и патента на изоб­ретение и заявки на выдачу патента на полезную модель» от­носят штаммы микроорганизмов, клеток растений и животных и продукты генной инженерии, которые условно отнесены к веществам (индивидуальным соединениям). Учитывая специ­фику этих изобретений и большое количество специальных терминов, без которых невозможно понимание сути предмета, необходимо дать некоторые разъяснения.

Названные объекты могут быть как живыми штаммы, так и неживыми -вещества. Живые объекты:

Индивидуальные штаммы микроорганизмов.

Индивидуальные штаммы клеток растений и животных,

Консорциумы микроорганизмов, культур клеток расте­ний и животных.

Неживые объекты:

Соединения, полученные биотехнологическим путем, - антибиотики, ферменты, вакцины и т.д.;

Продукты генной инженерии - ДНК- и РНК-последовательности, гены, плазмиды, векторы, белки и т.д.

К области биотехнологии также относятся различные спо­собы с использованием штаммов микроорганизмов, штаммов клеток растений и животных, антибиотиков, нуклеиновых кис­лот, способы производства вакцин и т.д.

Термин «штамм» означает чистую одновидовую культуру микроорганизмов, выделенную из определенного источника или полученную искусственно (в результате мутации) и обла­дающую специфическими физиолого-биохимическими призна­ками.

Понятие «микроорганизм» не имеет точного таксономичес­кого значения (т.е. не относится к какому-либо определенно­му таксону-роду, семейству, виду и т.д.). Оно предполагает, что любой организм микроскопических размеров относится к микроорганизму. Однако это понятие довольно условно, т.к. среди объектов, традиционно считаемых микроскопическими, известны и макроскопические, а размеры одного и того же штамма могут значительно варьироваться в зависимости от условий культивирования и других факторов.

Объект «штамм» для целей патентной процедуры включает любые жизнеспособные организмы микроскопических разме­ров - бактерии, вирусы, простейшие, микроскопические бес­позвоночные животные и др. индивидуальные штаммы, кон­сорциумы микроорганизмов, а также культивируемые сомати­ческие клетки растений и животных. Штамм может быть объек­том правовой охраны только в том случае, если у него выявле­ны какие-либо практические (полезные) свойства. Не являет­ся объектом охраны новый штамм, охарактеризованный с научной точки зрения определенным набором признаков.

К индивидуальным штаммам относят одновидовую куль­туру микроорганизмов.

В понятие «консорциум» сходят псе формы сообществ мик­роорганизмов, т.е. как искусственно составленных смешанных культур, так и культур, выделенных из природных источников как функционально неделимое целое. Использование консор­циумов имеет ряд преимуществ. Например, наиболее стойкие пестициды быстрее и полнее разлагаются не чистыми культу­рами (индивидуальными штаммами), а специально адаптиро­ванными сообществами. Производства, основанные на приме­нении микробных сообществ, в десятки раз превосходят по экономической значимости производства, основанные на чис­тых культурах. Затраты па фундаментальные исследования чистых культур в десятки и сотни раз превосходят затраты на изучение промышленного применения микробных сообществ и т.д.

Клетки растении и животных - совокупность клеток, вы­ращенных вне организма, используемых для селекционной ра­боты в качестве продуцентов каких-либо веществ, для культи­вирования вирусов с целью получения вакцин и т.д.

Следует сказать, что употребление термина «штамм» в па­тентной практике несколько иное, чем в биологии, т.к. биоло­ги на практике обычно не употребляют термин «штамм» в от­ношении большинства перечисленных выше микроорганизмов. Но понятие «штамм» для целей патентной процедуры не про­тиворечит понятию штамм, принятому в биологии. Употреб­ление этого термина в патентной области связано с попыткой унификации множества биологических объектов как объектов изобретения.

В правиле 28 Европейской патентной конвенции до 1995 г. вместо слова «штамм» употреблялось понятие «микроорганизм» с тенденцией к толкованию «размножающийся биологическим путем материал». В дополнительной редакции этого правила, вступившего в силу с I октября 1996 г., понятие «микроорга­низм» заменено понятием «биологический материал». Этот же термин использован и в Директиве ЕС «О правовой охране био­технологических изобретений». Под биологическим материа­лом понимается любой материал, содержащий генетическую информацию, которая является само воспроизводимой или вос­производимой в биологической системе.

Термин же «биологический материал» существенно расши­ряет перечень биологических объектов, которые являются (и могут являться будущем) объектами изобретения и более точ­но отражает природу (существо) объекта.

К соединениям, полученным биотехнологическим путем, как было сказано ранее, относятся антибиотики, ферменты. вакцины и т.д.

Антибиотики - это вещества биологического происхожде­ния, способные увивать микроорганизмы или угнетать их рост, а также рост злокачественных опухолей. Применяются в ме­дицине, сельском хозяйстве, пищевой и микробиологической промышленности. Антибиотики получают как микробиологическим, так и химическим синтезом.

Ферменты (энзимы) - биологические катализаторы, по хи­мической природе белки. Обязательно присутствуют во всех клетках организма. Ускоряют превращения веществ (биохими­ческие реакции), направляют и регулируют обмен веществ.

Вакцины - препараты из живых или мертвых микроорганиз­мов, отдельных компонентов микробных клеток, продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Применяются для про­филактики и лечения человека и животных.

К объектам генной инженерии, если конкретизировать пе­речисленные ранее большие группы объектов, относятся сле­дующие:

ДИК- и РНК-последовательности являются нуклеиновыми кислотами - ДНК (дезоксирибонуклеиновая) и РНК (рибо­нуклеиновая), сложными органическими соединениями. Они могут находиться в ядре клетки, в цитоплазме, в ее органоидах (структурах, имеющихся в цитоплазме). Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов, соединенных между собой в цени в определенной последовательности. Главная функция нуклеи­новых кислот - хранение и передача генетической информации.

Гены (фрагменты нуклеиновых кишат)-это участки моле­кул ДНК (высшие организмы) или РНК (вирусы). Гены состоят из нуклеотидов (сложных органических соединений), соеди­ненных между собой и составляющих каждую из цепей ДНК (РНК). Каждый ген включает сотни нуклеотидов и отвечает за синтез определенного белка. Контролируя образование белков, гены управляют всеми химическими реакциями организма и поэтому определяют его признаки.

Рекомбинатные молекулы нуклеиновых кислот новые (ис­кусственно созданные) последовательности нуклеиновых кислот, образованные путем встраивания а цепь чужеродных мо­лекул ДНК.

Плазмида - молекула ДНК, способная к автономной реп­ликации, тек удноению генетического материала.

Вектор- молекула ДНК, способная включать в себя чуже­родную ДНК, проникать в клетку и передавать ей генетичес­кую информацию, которую несет эта чужеродная ДНК. Но передача генетической информации не является единственной функцией вектора, например, существуют векторы, обеспечи­вающие реализацию генетической информации и т. д.

Белки - высокомолекулярные органические соединения. состоящие из аминокислот и участвующие в построении кле­ток и тканей, являющиеся ферментами, гормонами, дыхатель­ными пигментами (гемоглобин) и т.д.

1.6.2. Особенности описания объектов биотехнологии при составлении заявки на изобретение

Разделы описания для объектов в области биотехнологии имеют ту же последовательность и структуру, что и для тради­ционных (устройство, способ, вещество, применение извест­ных объектов, по новому назначению). Однако есть ряд осо­бенностей, которые даются ниже. Нет необходимости приво­дить подробную информацию об описании объектов, поэтому эти сведения дают только общее представление о характере информации. Подробное описание объектов приводится в Ин­струкции, и при составлении заявки следует руководствовать­ся этим нормативным документом и как дополнением - «Ре­комендациями по составлению заявок на выдачу предваритель­ного патента и патента на изобретение в области медицины, биологии и сельского хозяйства», изданными в 2002 г.

При описании штаммов микроорганизмов, клеток растений и животных указывают номенклатурные данные, происхожде­ние штамма, количественный и качественный состав питатель­ных сред, условия культивирования, сведения о биосинтезе, по­лезных (целевых) продуктах, уровне активности штамма, де­понировании (более подробная информация о депонировании приведена ниже) и др.

Для консорциумов микроорганизмов, клеток растений и животных указывают метод проверки наличия компонентов (микроорганизмов, уходящих в состав консорциума), способы их выделения, стабильность консорциума, сведения о депони­ровании и т.д.

Формула изобретения на штамм микроорганизма, клеток метений и животных включает видовое и родовое название биологического объекта, название или аббревиатуру коллекции-депозитария, регистрационный номер, присвоенный кол­лекцией депонированному объекту, и назначение штамма. На­пример:

«Штамм дрожжей Rhodotoruia giutinis ВКПМ У-2230продуцент каротиноидов»;

- «Консорциум штаммов бактерий Pseudomonas species ВКПМ В-6782, Pseudomonas pseudoaicaJigenes ВКПМ В-6783, Corynebacterium species DRCJV D-6784. разлагающий продук­ты переработки нефти»;

- «Штамм культуры клеток человека НТНIV 27 ГКВ № 4122- продуцент вируса иммунодефицита человека».

Для соединений, полученных биотехнологическим путем, приводимые в описании сведения зависят от объекта. Напри­мер, если последний относится к соединениям с неустановлен­ной структурой, то необходимы данные для отличия этого со­единения от других. Если речь идет об индивидуальных соеди­нениях, то необходимо привести структурную формулу и т.д. Примеры составления формул приведены при описании объекта «вещество» всоответствующей главе настоящего учебника.

Продукты генной инженерии сравнительно недавно стали рассматриваться как объекты изобретений и поэтому здесь требуются некоторые разъяснения.

Вопрос о том, как охарактеризовать продукты генной ин­женерии, один из наиболее трудноразрешимых. Причина не только и том что это довольно молодая область знаний, но и в специфике продуктов генной инженерии, которая заключает­ся как в их химической природе (отсюда возможность прирав­нивания их к индивидуальным соединениям как объектам ох­раны), так и в том - и это главное, - что они являются носите­лями генетической информации.

Возможность контролированного манипулирования гене­тическим материалом вызывает живой интерес к коммерчес­кому использованию как живых организмов (микроорганиз­мы, растения, животные), так и их элементов (гены, плазмиды. Фрагменты ДНК и т.д.)

Началом современной промышленной генной инженерии принято считать 1980 год, когда был выдан патент на штамм

Предоставление документа о депонировании подразумева­ет, что изобретатель уже доказал существование организма, относящеюся к изобретению, который может быть запрошен и получен заинтересованным лицом и в совокупности с опуб­ликованным описанием делает изобретение доступным обще­ству.