Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Вирощення трансегенних рослин. 2 страница




Інтерферон синтезується в організмі постійно, і його концентрація в крові тримається на рівні приблизно 2 МО/мл (1 міжнародна одиниця - ME - це кількість інтерферону, що захищає культуру клітин від 1 ЦПД50 вірусу). Вироблення інтерферону різко зростає при інфікуванні вірусами, а також при впливі індукторів інтерферону, наприклад РНК, ДНК, складних полімерів. Такі індуктори інтерферону отримали назву інтерфероногенів.

Отримання інтерферону. Спочатку препарати інтерферону отримували тільки з клітин донорської крові; вони так і називалися: лейкоцитарні інтерферони. У 1980 році почалася епоха рекомбінантних або генно-інженерних інтерферонів.

Процес проводять у кілька етапів:

- розпізнається ділянка ДНК людини, відповідальна за синтез цього білка;

- знайдену ділянку ДНК вирізається і вбудовується в ДНК живої бактерії (наприклад, кишкової палички або дріжджової клітини);

- у клітині бактерії, якій пересаджено ділянку ДНК людини, починається процес синтезу інтерферону.

Зазвичай використовують рекомбінантні штами псевдомонад, кишкової палички з вбудованими в їх ДНК генами інтерферону. Інтерферон, отриманий генно-інженерним способом, носить назву рекомбінантного. У нашій країні рекомбінантний інтерферон отримав офіційну назву «Реаферон». Виробництво цього препарату ефективніше і дешевше, ніж лейкоцитарного.

Рекомбінантний інтерферон знайшов широке застосування в медицині як профілактичний і лікувальний засіб при вірусних інфекціях, новоутвореннях і при імунодефіцитах.

2.Виробництво інсуліну

Інсулін це білковий гормон, що виробляється підшлунковою залозою. Відкритий Ф.Бантінгом і Ч.Бестом (1921-1922), первинна структура встановлена Ф.Сенгером (1945-56).

Молекула інсуліну (молекулярна маса біля 6000), складається з двох пептидних ланцюгів, сполучені двома дисульфідними місточками, присутність яких необхідна для прояву гормональної активності.

Один з найбільш важливих ефектів інсуліну – зниження вмісту цукру в крові. Він забезпечує нормальне окислення глюкози в циклі трикарбонових кислот і підтримує енергетичний баланс клітини. Нестача інсуліну в організмі обумовлює цукровий діабет. При цьому цукор не засвоюється і переходить у сечу.

Для медичних цілей використовують інсулін, добутий з підшлункової залози забитих тварин, найчастіше свиней. Але молекула інсуліну свині містить одну амінокислоту, що неспівпадає з людською, а у великої рогатої худоби їх аж три. Ці відмінності призводять до того, що у деяких хворих діабетом виробляються антитіла проти інсуліну тварин.

Тому в останні роки більшість розвинених країн світу для лікування хворих цукровим діабетом використовують рекомбінантний інсулін людини, одержуваний генно-інженерними методами. Реальним шляхом, що дозволяє покрити дефіцит інсуліну й знизити витрати валютних коштів, є нагромадження в країні виробництва вітчизняного рекомбінантного інсуліну людини.

Інсулін відноситься до життєво важливих лікарських засобів, які Всесвітня організація охорони здоров'я рекомендує самостійно виробляти тим країнам, чиє населення перевищує 50 млн. чоловік. З 1923 року до 80-х років минулого століття інсулін вироблявся винятково із тваринної сировини, а саме з підшлункової залози свиней і великої рогатої худоби, і тільки в 1982 році вперше було налагоджено виробництво інсуліну людини методом генетичної зміни мікроорганізмів. У наш час частка генно-інженерного інсуліну людини в усьому світі неухильно зростає.

Одержання генно-інженерного інсуліну людини.

Вперше біотехнологічний біосинтез людського інсуліну було здійснено у 1980 році у Лондоні американськими вченими Міллером і Бакстером, за допомогою кишкової палички (E.colli). Біотехнологія базується на таких моментах:

У промислових умовах рекомбінантний інсулін уперше отриманий американською фармацевтичною компанією Eli Lilly разом з біотехнологічною компанією Genentech (США). Перший генно-інженерний інсулін людини надійшов на фармацевтичний ринок в 1982 р.

У цей же час компанія «Novo-Nordisk» (Данія) розробила технологію одержання генно-інженерного інсуліну людини, засновану на використанні генетично модифікованих дріжджових культур у ролі суперпродуцентів інсуліну людини. Використання еукаріот, що мають подібну з людською систему процессінгу білків, у ролі продуцентів інсуліну, дозволило одержати гормон або його попередник в нативній формі. Значною перевагою даної технології є повна відсутність у препараті бактеріальних ендотоксинів і пірогенів клітинної стінки. Незважаючи на всі ці переваги одержання інсуліну з використанням бактеріальних штамів-суперпродуцентів залишається кращим, завдяки більш високому рівню експресії інсуліну в складі гібридного білка.

Зараз генно-інженерний інсулін виготовляють також шляхом ферментації генетично змінених мікроорганізмів (кишкової палички, дріжджів), які здатні синтезувати попередник інсуліну (проінсулін) у складі химерного протеїну. З отриманого біосинтетичним шляхом проміжного продукту ензиматичним шляхом реконструюють інсулін людини. Виробнича схема процесу наведена в табл. 2.

Таблиця 2: Принципова схема виробництва генно-інженерний інсулін людини

№ стадії Технологічний процес
  Культивування штаму Е. coli з вбудованим геном гібридного білка, що включає повну послідовність інсуліну людини
  Очищення й ренатурація ГБ
  Протеолітичне розщеплення ГБ з одержанням інсуліну
  Очищення інсуліну

Навчальні завдання

1. Ознайомитися із процесами виробництва інтерферону.

2. Використовуючи літературу, навести схему генно-інженерного виготовлення інсуліну.

Питання для самоконтролю

1. Які розрізняють види інтерферону? Яке їхнє значення?

2. Які існують способи виробництва інтерферону?

3. Які переваги генно-інженерного інсуліну?

Література:[1],[3],[9],[11],[16],[20],[29],[32],[46].


Практична робота № 8. Основи біотехнології. Застосування біотехнологічних процесів для вирішення проблем навколишнього середовища.

1. Екологічна біотехнологія та її завдання.

2. Отримання екологічно чистої енергії. Біогаз.

3. Отримання біоетанолу.

1. Екологічна біотехнологія та її завдання.

Специфічне застосування біотехнологічних методів для вирішення проблем оточуючого середовища, таких як: переробка відходів, очистка води, видалення забруднень - складає предмет екологічної біотехнології. Вирішує екобіотехноогія широкий спектр питань – від розробки і вдосконалення методології комплексного хіміко-біологічного дослідження екосистем поблизу джерел техногенного впливу, до розробки технологій та рекомендацій по рекультивації ґрунтів, біологічної очистки повітря, води, біосинтезу препаратів, що компенсують шкідливий вплив змін оточуючого середовища на людей та тварин.

За допомогою методів біотехнології створюють гібриди рослин, стійких до бур’янів та комах, що дозволяє фермерам зменшити застосування пестицидів та гербіцидів. Зменшення пестицидного і гербіцидного навантаження означає менший ризик токсичного забруднення ґрунтів та ґрунтових вод. Окрім того, гербіциди, які застосовуються в поєднанні з генетично модифікованими рослинами, часто є безпечнішими для довкілля, аніж гербіциди попереднього покоління, на зміну яким вони приходять. Культури, виведені методами біоінженерії, дають можливість широко застосовувати безвідвальний обробіток ґрунту, що, в кінцевому рахунку, призводить до зменшення втрат родючості ґрунту.

 

2. Отримання екологічно чистої енергії. Біогаз.

Екологічно чисту енергію можна отримати шляхом перетворення сонячної енергії в електричну за допомогою колекторів, а також біогазу та мікробного етанолу.

Біогаз – суміш метану 65%, вуглекислого газу - 30%, сірководню – 1% та незначних домішок азоту, кисню, водню. Енергія, що міститься в 28 м3 біогазу, еквівалентна енергії: 16,8 м3 природного газу, 20,8 л нафти, 18,4 л дизельного пального. В основі отримання біогазу лежить процес метанового бродіння, або біометаногенез – перетворення біомаси в енергію.

Біометаногенез – складний мікробіологічний процес, при якому органічні речовини розкладаються до вуглекислого газу і метану в аеробних умовах. Такому розкладу підлягають практично всі сполуки природного походження та значна частина ксенобіотиків органічної природи.

В аеробному процесі біометаногенезу виділяють три стадії, в яких беруть участь більше як 190 різних видів мікроорганізмів.

Перший етап – ферментативний гідроліз. Високомолекулярні біополімери розкладаються до простих сполук. за допомогою ферментів гідролітичних бактерії та мікроорганізмів.

Другий етап – ацидогенез. В процесі ферментації беруть участь дві групи мікроорганізмів – ацетогенні та гомоацетатні. Ацетогенні ферментують моносахариди, спирти, органічні кислоти з утворенням Н2, СО2, нижчих жирних кислот, ацетату, спиртів, і інших низькомолекулярних сполук. Гомоацетатні мікроорганізми засвоюють Н2, СО2, і деякі одновуглеводневі сполуки.

Третій етап – утворення метану. Він може синтезуватися через стадію відновлення вуглекислого газу молекулярним воднем, а також з метильної групи ацетату. Деякі метанові бактерії здатні використовувати в якості субстрату форміат, вуглекислий газ, метанол, метиламін та ароматичні сполуки.

Метанове бродіння займає також особливе місце в утилізації відходів, бо дозволяє отримати з місцевої сировини біогаз, як локальне джерело енергії, а також покращити якість органічного добрива та захистити навколишнє середовище.

В залежності від температури протікання процесів метанові бактерії ділять на мезофільні (30-400С) та термофільні (50-600С). Термофільні процеси метаногенезу проходять інтенсивніше, і при такій переробці відходів субстрат обеззаражується.

При анаеробній переробці відходів з тваринницьких ферм, мікрофлора метантенків формується переважно з мікробів шлунково-кишкового тракту даного виду тварин і мікрофлори оточуючого середовища. Це лактобактерії, пептострептококи, еубактерії, етанобактерії, метаносарцини.

 

Рисунок 1 - Схема біогазової установки ZORG™

Розглянемо принцип роботи біогазової установки на прикладі установки ZORG™. (Рис.1)

1. Рідкі біовідходи перекачуються на біогазову установку фекальними насосами по бардопроводу або трубопроводу гноєвидалення (каналізаційна насосна станція (КНС) перебуває в спеціальному технологічному приміщенні).

Рідкі відходи потрапляють не прямо в реактор, а в попередню ємність. У цій ємності відбувається гомогенізація маси й підігрів (іноді охолодження) до необхідної температури. Зазвичай, об'єм такої ємності розрахований на 2-3 дні.

2. Тверді відходи (гній) доставляються по транспортерній стрічці, а із сховища гною - трактором. Тверді відходи можуть завантажуватися в ємність із рідкими відходами й перемішуватися з ними, або завантажуватися в спеціальний шнековий завантажник.

3. З ємності гомогенізації й завантажника твердих відходів біомаса (гній або барда) надходить у реактор (інша назва біореактор, метантенк, ферментатор). Реактор є газонепроникним, повністю герметичним резервуаром з кислотостійкого залізобетону. Всередині реактора підтримується фіксована для мікроорганізмів температура 30-41°С. В окремих випадках застосовуються реактори з термофільним режимом (близько 55°С).

Перемішування біомаси усередині реактора провадиться декількома способами, залежно від типу сировини, вологості й інших параметрів. Реактори бувають із дерев'яним або залізобетонним куполом. Термін служби реактора більш 25-30 років.

4.Підігрів реактора ведеться теплою водою.

5. Якщо біогазова установка комплектується когенераційною установкою (теплоелектрогенератором), то вода від охолодження генератора використовується для підігріву реактора. Вода спеціально підготовлена й рециркуляційна.

У зимовий період біогазовій установці потрібно до 70% додаткового тепла відведеного від теплоелектрогенератора, у літній - близько 10%.

6.Якщо біогазова установка працює тільки на виробництво газу, тоді тепла вода береться від спеціально встановленого водогрійного казана. Витрати теплової й електричної енергії на потреби самої установки становлять від 5 до 15% всієї енергії, що дає біогазова установка.

Середній час гідравлічного відстоювання усередині реактора (залежно від субстратів) - 20-40 днів. Протягом цього часу органічні речовини усередині біомаси метаболізуються (перетворюються) мікроорганізмами.

Всю роботу із шумування відходів виконують анаеробні мікроорганізми. У біореактор мікроорганізми вводяться один раз при першому запуску. Далі ніяких добавок мікроорганізмів і додаткових витрат не потрібно. Введення мікроорганізмів проводиться одним із трьох способів:

1) введення концентрату мікроорганізмів;

2) додавання свіжого гною;

3) додавання біомаси з іншого діючого реактора.

Звичайно використовується 2 і 3 спосіб через дешевизну. У гній мікроби потрапляють ще з кишечника тварин. Ці мікроорганізми корисні й не приносять шкоди людині або тваринам. До того ж ферментатор - це герметична система, яка розташовуються в безпосередній близькості від ферми або виробництва.

На виході маємо два продукти: біогаз й біодобрива (компостований і рідкий субстрат).

7. Біогаз зберігається в газгольдері. Тут вирівнюються тиск і склад газу. Термін служби газгольдера 15 років. Газгольдер герметично накриває реактор зверху. Над газгольдером розміщується додатково тентове накриття. У простір між газгольдером і тентом накачується повітря для створення тиску й теплоізоляції. Запас об'єму газгольдерів звичайно 0,5 - 1 день.

8. З газгольдера йде безперервна подача біогазу в газовий або дизель-газовий теплоелектрогенератор. Тут уже виробляється тепло й електрика. Газова система може містити в собі вентилятор, конденсатовідводчик, десульфулізатор і т.п.

9. Система управляється автоматично. Для управління досить усього 1 чоловіка 2 години на день, який веде контроль за допомогою звичайного комп'ютера.

10.Маса, що перебродила - це біодобрива, готові до використання. Рідкі біодобрива відділяються від твердих за допомогою сепаратора й зберігаються в ємності для зберігання біодобрив.

11. З ємності зберігання рідких добрив насосами маса перекачується в бочки - причепи й вивозиться на поля або на продаж. Як варіант можлива комплектація біогазової установки лінією фасування й упакування біодобрив у склянки по 0,3; 0,5, 1,0 л.

12. Тверді добрива зберігаються на спеціальній ділянці. Якщо біодобрива не представляють ніякого інтересу для власника й потрібно позбутися від рідкого субстрату, тоді біогазова установка комплектується пристроями з додатковими ступенями очищення.

Для отримання біогазу можна також використовувати відходи с/г, погані продукти, стоки крохмалопеперобних комбінатів, рідкі відходи цукрових заводів, побутові відходи, стічні води міст та спиртових заводів. Процес проводять при температурі 30-600С і рН 6-8. Цей спосіб використовують у Індії, Китаї, Японії.

3. Отримання біоетанолу.

В якості сировини для виробництва етанолу в різних країнах використовують різу сировину: зернові, картоплю, бурякову мелясу – на Україні, сахарозу і цукрову тростину – в США, рис – у Японії. Можна використовувати целюлозу з деревини хвойних, солому, торф, відходи деревообробної промисловості. Мелясу використовують одночасно для отримання спирту і кормових та хлібопекарських дріжджів.

Спеціальні штами сахароміцет розділяють на штами верхового бродіння (спиртові, хлібопекарські та деякі пивні дріжджі) і низового (більшість винних та пивних дріжджів). Цікаві штами S.rosei, які здатні утворювати етанол при використанні топінамбуру.

На першому етапі біотехнологічного процесу трансформують крохмаль у глюкозу амілолітичними ферментами. Для цього застосовують грибну амілазу або пророщене зерно (солод). Крохмаль повинен бути гідролізований до нижчих цукрів, бо більш високомолекулярні вуглеводи не зброджуються дріжджовими організмами. Зброджування оцукреної маси – затору, відбувається за допомогою чистих культур періодичним або безперервним способом. Температура в процесі бродіння 30-380С, рН 3,8 – 4,0, тривалість 1,5-3 доби.

В бражці накопичується від 1-1,5% до 6,5-8,5% етанолу. Його переганяють і ректифікують до 96%. Крім того утворюються сивушні масла (суміш ізопропілового, ізобутилового, бутилового, ізоамілового спиртів) і альдегіди з ефірами.

Для отримання етанолу можна використовувати мелясу – відходи виробництва бурякового та тростникового цукру (патока).

Отриманий спирт, змішаний з бензином у співвідношенні 1:9, називається газохол, який широко використовують у США (800 станцій).

 

Навчальні завдання

1. Підготувати доповідь, про напрямки та перспективи розвитку екологічної біотехнології.

2. Розглянути схему отримання біогазу за допомогою біотехнологічних процесів.

3. Поясніть, як проходить процес біотехнологічного отримання етанолу.

Питання для самоконтролю

1. Що таке екологічна біотехнологія?

2. Які основні завдання екобіотехнології?

3. Що таке біогаз? Які процеси лежать в основі його отримання?

4. Які джерела для отримання біоетанолу ви знаєте?

5. Які мікроорганізми можуть приймати участь у утворенні біогазу та біоетанолу?

Література.[3],[11],[12],[18],[21],[24],[31],[38],[44],[51],[52].


Практична робота № 9. Біотехнологічна очистка стічних вод.

1. Традиційна біотехнологічна очистка стічних вод у аеротенках

2. Очищення води методом біоконвеєра.

1. Традиційна біотехнологічна очистка стічних вод у аеротенках

Біотехнологічна очистка стічних вод може проводитися у біофільтрах, біологічних ставках та аеротенках.

У біофільтрі стічні води пропускають через шар крупнозернистого матеріалу, що вкритий тонкою бактеріальною плівкою, завдяки якій інтенсивно проходять процеси біологічного окислення. У біологічних ставках у процесах очищення води приймають участь усі представники, які заселяють водойму.


Рис. 2. Традиційне біологічне очищення води в аеротенку

Основним традиційним методом біологічного очищення стічних вод є обробка їх активним мулом в аеротенках. Типова технологічна схема такого очищення води наведена на рис. 2. Стічна вода після ретельного механічного очищення від різноманітного сміття, піску, жиру, інших дисперсних домішок, що осідають чи спливають у полі земного тяжіння, потрапляє у вузьку (3–11 м), глибоку (4–6 м) і довгу (50–250 м) споруду, де за постійної аерації очищається складним гідробіоценозом — активним мулом. Після тривалої (6–24 і навіть більше годин) обробки вода надходить у вторинний відстійник, в якому звільняється від активного мулу, а потім потрапляє для так званого третинного фізико-хімічного доочищення (іноді після хлорування) у проміжні водойми (ставки) і, нарешті, у річку. Частину активного мулу, що осідає у вторинному відстійнику, повертають до біологічної очисної споруди — аеротенку. Складну для розв'язання еколого-технологічну проблему створює за такої технології надлишковий мул: його дуже багато і він містить небезпечні віріони, мікроорганізми, яйця гельмінтів тощо, а також іони важких металів, біологічно стійкі, токсичні і навіть мутагенні сполуки.

Біотехнологія очищення стічних вод активним мулом була запропонована і реалізована в Англії у 1914 р. і відтоді принципово не змінилася, чого аж ніяк не можна сказати про склад стічних вод — навіть побутових, міських. Хімізація народного господарства й побуту, повсюдне інтенсивне використання синтетичних поверхнево-активних речовин як миючих засобів, розвиток текстильної промисловості, фармацевтичних і гальванічних виробництв спричинили радикальне погіршення якості стічних вод. У них з'явилися стійкі до біорозкладу, невідомі біосфері ксенобіотики, іони важких металів, що згубно впливають на гідробіонти активного мулу, призводять до його «спухання», вимивання із вторинних відстійників. Як наслідок — погана «робота» мулу або навіть цілковита його нездатність очищати деякі (особливо промислові) стічні води. Зворотний активний мул навіть теоретично не може відновити якість інтенсивно забрудненої води, бо немає і не може бути такого гідробіоценозу, котрий однаково добре почувався би у дуже чистій (до якої прагнемо) і у стічній, доволі брудній (яку маємо) воді.

2. Очищення води методом біоконвеєра.

Новий метод вдалося розробити в Інституті колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського завдяки принципово новому підходу до проблеми біологічного очищення води. Метод дістав назву «біоконвеєр».


Рис. 3. Біоконвеєр

Технологічна суть біоконвеєра полягає в тому, що на шляху води, яку потрібно очистити, розміщені гідробіонти — анаеробні бактерії, аеробні мікроорганізми (копіотрофи, оліготрофи, найпростіші), фільтратори, хижаки. Перебуваючи на своїх «робочих місцях», вони «виїдають» з води розчинені у ній органічні сполуки і біомасу (тіла) організмів. У результаті маємо чисту воду і в сотні разів меншу надлишкову біомасу, утилізація якої в традиційному біологічному процесі очищення води становить дуже важку для розв'язання проблему.

Біоконвеєр не має головних недоліків традиційного біологічного очищення води. По-перше, тут можна очищати будь-які (природні, зливові, побутові, промислові стічні) води, що містять розчинені органічні сполуки, навіть гранично токсичні, канцерогенні чи мутагенні, за будь-яких їх концентрацій. По-друге, біоконвеєр дає змогу доводити якість очищеної води до будь-якого заданого ступеня чистоти. По-третє, він знімає проблему надлишкової біомаси, бо вона споживається і мінералізується у трофічному ланцюгу. Причому, що більша кількість трофічних рівнів задіяна у біоконвеєрі, то менше біомаси залишається в очищеній воді. Досить мати в очисній споруді трофічний ланцюг у 2–3 ланки, щоб зменшити кількість надлишкової біомаси у 100–1000 разів! Для цього під час біологічного очищення води потрібно використовувати не тільки прокаріотів, як це переважно відбувається при застосуванні активного мулу, а й весь існуючий у сучасній біосфері арсенал еукаріотів — фільтраторів і хижаків різних трофічних рівнів. Тобто тут «працює» не тільки горизонтальна, а й «вертикальна» складова еволюційного процесу (рис. 3).

Рис. 4. Принцип біоконвеєра.

Активний мул більше ніж на 95% складається з прокаріот, здебільшого бактерій, і тільки менше 5% біомаси становлять найпростіші. Складніші за своєю структурною організацією гідробіонти в активному мулі трапляються дуже рідко, бо вони не мають шансів вижити у такій токсичній рідині, якою є сучасні стічні води. Адже останні містять ксенобіотики, а також токсичні продукти, що утворюються під час руху стоків довгими каналізаційними колекторами до очисних споруд.

Склад активного мулу можна порівняти з біотою, яка існувала на Землі в докембрійський період. Тодішній біоценоз був самодостатнім і міг у принципі забезпечити кругообіг елементів у природі. У цьому біоценозі мали бути одночасно такі мікроорганізми, які створювали послідовний ряд, де метаболіт 1 мікроорганізму слугував би субстратом організму 2, а продукт метаболізму організму 2 споживався б мікроорганізмом 3 і так далі, доки всі метаболіти не розклалися б повністю до Н2О і летких речовин (СО2, Н2S, NH3, N2 та ін.) або до нерозчинних у воді хімічних сполук (МеS, CaSO4, FePO4 тощо), які залишили б воду у вигляді газів чи осадів. Інакше розчинні метаболіти пригнічували б організми, котрі їх виділяють, і цикл кругообігу біогенних елементів у біосфері не був би замкненим.

За принципом біоконвеєра вже працює більше сотні очисних споруд — нових і реконструйованих — з очищення промислових і побутових стоків, а також зливових і природних вод.

Навчальні завдання

1. Користуючись літературою, схарактеризуйте процес біотехнологічного очищення стічних вод.

2. З’ясуйте, які мікроорганізми беруть участь у аеробному та анаеробному очищенні стічних вод.

3. Підготуйте доповідь, про досвід застосування біотехнологічного очищення стічних вод у нас та за кордоном.

Питання для самоконтролю

1. У чому полягає процес біотехнологічного очищення стічних вод?

2. В чому полягає різниця аеробного та анаеробного етапів очищення стічних вод?

3. Які недоліки та переваги вищезгаданих методів?

Література.[3],[4],[10],[13],[31],[43],[51],[52],[53].


Термінологічний словник Адсорбція - поверхневе поглинання якої-небудь речовини із газоподібного або рідинного середовища. Автотрофи - організми, здатні синтезувати із неорганічних речовин органічні сполуки з використанням сонячної енергії або енергії хімічних реакцій (при цьому джерелом карбону виступає СО2). Аерація - насичення середовища повітрям, киснем. Аеробні організми - організми, життєздатність яких можлива тільки в середовищах, що містять незалежний молекулярний кисень. Амінокислоти - клас органічних речовин, які вміщують карбоксильну (-СООН) та аміногрупу (-NН2), маючи одночасно властивості кислот і лугів. Анаеробні організми - організми, життєздатні в безкисневому середовищі. Антибіотики - речовини біологічного походження, здатні знищувати мікроорганізми або пригнічувати їх ріст. Антигени - складні органічні речовини (білки, полісахариди або ін.), що сприймаються організмом як чужорідні, а тому здатні при потраплянні в організм людини або тварини викликати імунну реакцію (внаслідок утворення антитіл). Антитіла - складні білки - імуноглобуліни, що утворюються імунною системою організму людини або тварини у відповідь на введення антигену і які здатні вступати з ним у специфічну реакцію. Біогаз - горюча речовина, яку одержують із рідких і твердих відходів промислового та сільськогосподарського походження, із стічних вод тощо, а також унаслідок бродіння спеціально вирощуваних водоростей або інших організмів, характерних значним приростом біомаси. Біомаса - клітинна сукупність живих організмів (популяцій, видів, груп видів, угруповань у цілому), що перебувають у конкретних екологічних умовах. Біореактори - спеціальні технічні системи, якими оснащуються біотехнологічні процеси і які використовуються для культивування біомаси та синтезу вторинних метаболічних сполук (продуктів обміну). Біотехнологія - сукупність промислових методів, у яких використовуються живі організми та біологічні процеси для виробництва цінних для національної економіки продуктів. Біотехнологічний процес - це сукупність виробничих операцій, що передбачають три основні стадії: підбір біооб'єкта, його культивування, виділення, очищення та модифікацію цільового продукту. Біотехнологічні продукти - речовини, які утворюються внаслідок життєдіяльності об’єктів біотехнології. Бродіння - анаеробний ферментативний окисно-відновний процес отримання енергії, який відбувається за певних умов і в якому від субстрату (донора) відщеплюється водень (або його електрони) та переноситься на продукти - низькомолекулярні органічні речовини (акцептори). Вакцини - препарати, одержані з живих (ослаблених, знешкоджених) або мертвих мікроорганізмів, окремих компонентів мікробних клітин чи продуктів їх життєдіяльності, що використовуються для імунізації людини або тварин з метою профілактики та лікування. Вектор - молекула ДНК з притаманною здатністю до автономної реплікації у клітині-хазяїні, до якої можливо ввести додатковий фрагмент чужорідної ДНК і забезпечити подальшу його реплікацію (векторами можуть бути бактеріальна плазміда чи бактеріофаг). Випарювання - метод виділення біомаси із культуральної рідини шляхом зневоднення (концентрування біомаси). Ген - одиниця спадковості або фрагмент ДНК, що включає специфічну послідовність нуклеотидів. Генетика - наука, яка вивчає механізми й закономірності спадковості й мінливості організмів, методи керування цими процесами. Генетична інженерія - біотехнологічні методи спрямованої зміни спадкових програм статевих клітин з метою надання вихідним формам організмів нових властивостей або конструювання принципово нових форм організмів шляхом з'єднання неіснуючих в природі генів. Генотип - сукупність генів певного організму. Генно − модифіковані організми (ГМО) – це організми, штучно створені людиною із застосуванням найсучасніших молекулярно-біологічних методів на основі законів життєдіяльності біологічних організмів. Гетеротрофи - організми, які використовують для побудови клітин органічні речовини, продуковані іншими видами організмів, при цьому джерелом карбону є готові органічні сполуки. Гумін - негідролізований залишок комплексу органічних сполук, що виникає внаслідок грунтоутворювального процесу. Гумінові кислоти - нерозчинні у воді високомолекулярні азотовмісні органічні кислоти циклічної сітчастої структури. Гуміфікація - складний динамічний процес розкладання й ферментативного перетворення органічних сполук у ґрунті за участю живих організмів. Фульвокислоти - водорозчинні високомолекулярні азотовмісні органічні кислоти, які активно взаємодіють з мінеральною частиною грунтів. Дезінтеграція - метод поділу цілісного організму (клітин) на складові частини. Детермінація клітинного матеріалу - його здатність при штучній пересадці в зародок за певних умов перетворитися на орган. ДНК - складна біомолекула дезоксирибонуклеїнової кислоти, що містить кілька мільйонів нуклеотидів і характеризується трьома рівнями організації. Експресія гена - реалізація генетичної інформації, що закодована в послідовності нуклеотидів молекули ДНК; передбачає дві основні стадії - транскрипцію і трансляцію. Екстракція - метод отримання продукту за допомогою екстрагентів (розчинників), які здатні його поглинати. Еукаріоти - організми (людина, тварини й рослини), клітини яких містять оформлене ядро з двошаровою мембраною та хромосомами. Живильне середовище (субстрат) - джерело підтримання життєдіяльності й енергії в біооб'єктах-продуцентах, яке містить необхідний набір різних хімічних елементів, що беруть участь в обміні речовин між клітинами мікроорганізмів та середовищем. Живильні середовища елективні - вибіркові середовища, які забезпечують переважний розвиток необхідної групи мікроорганізмів. Іммобілізація - метод забезпечення тимчасової нерухомості біооб'єкта, який перебуває в системі носія, з метою пролонгованого збереження його каталітичної активності. Іммобілізовані клітини - клітини, включені в які-небудь органічні носії (гелі, мембрани, волокна) або закріплені на їхній поверхні. Імунітет - несприйняття організмом інфекційних агентів та чужорідних речовин, його здатність захистити свою цілісність і біологічну індивідуальність. Інокуляція - уведення живих мікроорганізмів, інфікованого матеріалу, сироватки або інших речовин у живильні середовища, у тканини рослин і тварин (людини). Інтерферони - захисні білки, які синтезуються клітинами організму людини, тварин у відповідь на зараження їх вірусами. Калус (саllоuѕ) - маса недиференційованих клітин, які утворюються внаслідок пошкодження рослини; розвиваються при культивуванні одиничних клітин на штучних середовишах з додаванням стимуляторів росту (фітогормонів). Клон - група клітин-нащадків (генетично ідентичних), що виникли нестатевим шляхом з однієї клітини. Клонування (сІоning) - біотехнологічні методи, які використовуються для штучного отримання генетично ідентичних організмів, клітин або молекул. Контамінація - забруднення живильного середовища сторонньою мікрофлорою. Кріоконсервація - метод глибокого заморожування клітин з подальшим їх зберіганням у рідкому азоті (- 196°С) або його парах (- 150°С). Культуральна рідина - водний розчин залишків поживного середовища одержаних продуктів біосинтезу після технологічного етапу відділення біомаси. Ліофільне висушування - метод консервації продуцентів шляхом заморожування розчину або суспензії клітин і подальшої сублімації (перегонки) у вакуумі. Масштабування - перенесення біотехнологічного процесу з лабораторних умов у промислові. Метаболіти - сполуки, які утворюються під час обміну речовин у живій клітині. Метаболізм - процес обміну речовин у живому організмі (сукупність біохімічних реакцій перетворення хімічних сполук). Мікробний синтез - отримання корисних речовин за допомогою маси мікробних клітин. Моноклональні антитіла - специфічні за структурою білкові речовини, що синтезуються на основі мієломних (пухлинних) клітин та імунних В-лімфоцитів, а їхню дію спрямовано на чужорідний антиген. Мутаген - фактори (фізичні, фізико-хімічні, хімічні, біологічні), здатні викликати в організмі мутації. Мутація - природні, або індуковані, зміни спадкових властивостей організму (його генотипу), спадкова мінливість, яка виникає внаслідок перебудови або порушення в організмі генетичного матеріалу. Накопичувальна культура - сукупність мікробних клітин переважно одного виду. Осадження - метод відділення від культуральної рідини біомаси шляхом стимуляції агрегування ії клітин (за допомогою спеціальних хімічних реагентів). Пастеризація - процес знищення безспорових бактерій у живильних середовищах та в продуктах шляхом тривалого (20-30 хв) одноразового нагрівання при температурі, нижчій 100°С (60-7О°С). Пірогенність - реакція організму, що викликається бактеріальними токсинами і виявляється в змінах проникності судин, порушенні секреторних функцій, підвищенні температури тіла. Прокаріоти - доядерні організми (бактерії та синьо-зелені водорості), клітини яких не мають сформованого ядра, а містять ядерний еквівалент (нуклеоїд - кільцеву замкнену молекулу ДНК). Протопласт - вміст клітини (цитоплазма, органели) без клітинної мембрани. Реплікація - самоподвоєння молекули ДНК (при цьому ії подвійна спіраль спочатку розподіляється на два полінуклеотидні ланцюги, а далі на кожному з них, відповідно до правила комплементарності азотистих основ, добудовуються додаткові дочірні ланцюги). РНК - складна біомолекула рибонуклеїнової кислоти, що містить один полінуклеотидний ланцюг і складається з рибонуклеотидів, у яких цукром є рибоза, а однією з піримідинових основ - урацил (замість тиміну в ДНК). Селекція - процес виведення нових і покращення існуючих сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів шляхом штучного мутагенезу, відбору, гібридизації, генної та клітинної інженерії. Сепарація - процес відділення біомаси від культуральної рідини (членування на складові частини). Стерилізація - процес повного знищення живих мікроорганізмів та їх неактивних форм (спор) у живильних середовищах, у посуді, сухих матеріалах, у біореакторах при високій температурі (100-120 °С) та надлишковому тиску протягом 20-45 хв. Суспензія - суміш двох (або більше) речовин, з яких одна (тверда) розподіляється у вигляді завислих дрібних частинок в іншій (рідині). Тератогенність - реакція, що пов'язана з дією фізичних, хімічних або біологічних агентів на живий організм, внаслідок якої порушується його ембріональний розвиток. Трансдукція - перенесення генетичного матеріалу за допомогою вірусного вектора з однієї клітини в іншу, що викликає в організмі спадкові зміни. Транскрипція - перший етап реалізації генетичної інформації, у ході якого «переписується›› послідовність нуклеотидів ДНК для подальшого біосинтезу молекул РНК на відповідних ділянках ДНК-матриці (переписування генетичного коду). Трансляція - переведення генетичної інформації з інформаційної РНК у рибосоми для біосинтезу на них поліпептидних ланцюгів у специфічних білках. Ультрафільтрація - метод відділення біомаси від культуральної рідини за допомогою мембранних фільтрів з певним розміром пор фільтрувального матеріалу. Фаги - неклітинні форми життя, ультрамікроби, здатні розмножуватися й викликати за допомогою спеціальних літичних ферментів лізис (розчинення) клітин живих організмів. Ферменти - біологічні каталізатори, білки за хімічною природою, що обов'язково присутні в усіх клітинах живих організмів і прискорюють швидкість біохімічних реакцій. Фільтрація - процес відділення нерозчинених речовин (біомаси) від рідини, у якій вони містяться, шляхом пропускання розчину крізь пористу поверхню. Флотація - один із способів відділення біомаси від культуральної рідини, що базується на різній здатності до змочування водою частинок речовин (біомаса випадає в осад або спливає на поверхню). Чиста культура - сукупність клітин мікроорганізмів одного виду. Штам - культура одного й того самого виду, виділена з різних субстратів, відрізняється незначними змінами властивостей.

БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-11-06; Просмотров: 2374; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.079 сек.