BIOTECHNOLOGIA nych przemian chemicznych oraz do Procesy biotechnologiczne mają zróżnico- laboratoryjnych, półtechnicznych do warun-
Biotechnologia to zintegrowane zastosowa- nadprodukcji wielorakich metabolitów w wany charakter, mogą być prowadzone ków przemysłowych (fermentatory o poj.
nie wiedzy i techniki w dziedzinach bioche- ilościach znacznie przewyższających ich wieloma sposobami i wymagają różnych 10tys-200tys L)
mii mikrobiologii i nauk inżynierskich w celu potrzeby. Wiąże się to z możliwością warunków technicznych Jest uzależnione od Znajomość: inżynieria, informatyka, mate-
technologicznego wykorzystania drobno- ukierunkowanej transformacji genotypu -rodzaju surowca matyka, fizyka, ekonomia, ekologia.
ustrojów, kultur tkankowych lub ich części drobnoustrojów oraz sterowania ich metabo- -produktu wytwarzanego Problemy bezpieczeństwa w biotechnologii.
oraz molekularnych analogów dla pozyska- lizmem poprzez dobór odpowiednich -rodzaju biologiczno-chemicznej natury Do głównych należą
nia produktów i usług. Biotechnologia to warunków środowiskowych. Obszar ten czynnika katalitycznego -analiza patogenności stosowanych drobno-
świadczenie dóbr i sług z zastosowaniem obejmuje procesy mikrobiologicznej biosyn- Większość bioprocesów wymaga użycia ustrojów
metod biologicznych. Biotechnologia jest tezy i biotransformacji Fermentacja  z -czystych kultur drobnoustrojów określonych -ocena zagrożeń wynikających z otrzymania
dyscypliną nauk technicznych wykorzystują- punktu widzenia biochemii drobnoustrojów linii komórkowych lub konkretnych enzymów i stosowania organizmów konstruowanych
cą procesy biologiczne na skalę przemysło- pojęcie to wiąże się z metabolizmem -zapewnienia warunków aseptycznych metodami inżynierii genetycznej.
wa. Biotechnologia jest interdyscyplinarną beztlenowym w którym energotwórcze -prowadzenia procesów w specjalnych Wśród drobnoustrojów stosowanych w
dziedziną łączącą w sobie nauki techniczne i procesy utleniania substratu węglowego bioreaktorach umożliwiających kontrolę biotechnologii przeważają gatunki całkowicie
przyrodnicze, obejmującą badanie, wytwa- przebiegające z wydzieleniem CO2 nie warunków procesu. Prowadzone są także bezpieczne dla człowieka (np. bakterie
rzanie i wykorzystanie DNA/RNA, białek / wymagają tlenu cząsteczkowego jako procesy nie wymagające warunków asep- stosowane przy produkcji przetworów
enzymów, drobnoustrojów, kultur komórko- końcowego akceptora elektronów. tycznych i przebiegające z udziałem mie- mlecznych).Zastosowanie drobnoustrojów
wych w procesach modyfikacji genetycznej, W praktyce biotechnologicznej fermentacja szanej populacji organizmów (np biologiczne chorobotwórczych (przy produkcji szczepio-
biosyntezy, biotransformacji, bioutylizacji a służy do określenia przemian chemicznych oczyszczanie ścieków). Mogą być również nek) wymaga przestrzegania ścisłych
także wyodrębnianie i modyfikacje tak w wyniku aktywności metabolicznej drobno- prowadzone w innych warunkach np przepisów i tworzone są bardzo precyzyjne
otrzymywanych bioproduktów. ustrojów, czyli obejmuje zarówno fermenta- mikrobiologiczne ługowanie metali. mechanizmy kontroli warunków technicz-
Wykład 2 cje beztlenowe (np fermentacja alkoholowa) Podział procesów biotechnologicznych: nych bezpiecznego namnażania drobno-
W związku z pojawieniem się metod pozwa- jak również tlenowe (fermentacja octowa). -biosynteza ustrojów patogennych. Zagadnieniem
lających na ingerowanie w naturalny Technologia enzymów  obejmuje wszystkie -biotransformacja budzącym niepokój jest potencjalne niebez-
materiał genetyczny drobnoustrojów przyjęto zagadnienia związane z zastosowaniem -biohydroliza pieczeństwo związane z rozwojem inżynierii
powszechnie podział biotechnologii na enzymów w procesach biotechnologicznych. -fermentacja genetycznej i biotechnologii z użyciem
-tradycyjną -przebiegającą z użyciem Dział biotechnologii intensywnie rozwijający -bioługowanie organizmów modyfikowanych genetycznie.
drobnoustrojów i komórek organizmów się od II poł XX wieku. Szczególnie inten- -biodegradacja Dotyczy to szczególnie szczepów konstru-
wyższych nie zawierających obcego mate- sywnie rozwijają się techniki unieruchamia- PROGRAM OPRACOWANIA PROCESU owanych dla rolnictwa jak również wykorzy-
riału genetycznego nia enzymów (immobilizacja) lub całych BIOTECHNOLOGICZNEGO stywanych do utylizacji ścieków.
-nowoczesną gdzie stosowane są szczepy komórek. Dzięki immobilizacji zakres -przygotowanie technologii na przykładzie Proces biotechnologiczny
drobnoustrojów lub inne linie komórkowe zastosowań enzymów uległ znacznemu procesu biosyntezy mikrobiologicznej
skonstruowane metodami inżynierii gene- rozszerzeniu. Powstał nowy dział biotechno- -proces obejmuje zarówno prace badawcze
tycznej logii  technologia biokatalizatorów unieru- jak i prace wdrożeniowe Ogólnie można
Podział biotechnologii chomionych. wyróżnić 6 etapów opracowania procesu
biała biotechnologia  biotechnologia Inżynieria genetyczna  metody biologii 1. pozyskiwanie odpowiednich drobnoustro-
przemysłowa wykorzystująca systemy molekularnej umożliwiające manipulacje jów (scrining)
biologiczne w produkcji przemysłowej i genetyczne poza komórką czyli rekombino- 2. wstępne ustalenie warunków hodowli
ochronie środowiska wanie DNA in vitro 3. doskonalenie cech produkcyjnych
czerwona biotechnologia  wykorzystywana Inżynieria białka  zajmuje się problemami szczepów
w ochronie zdrowia związanymi z przystosowaniem enzymów do 4. optymalizacja procesu
zielona biotechnologia  związana z rolnic- wykonywania odpowiednich procesów 5. powiększenie skali procesu
twem obejmująca stosowanie metod technologicznych  syntezy, transformacji 6. uruchomienie produkcji
inżynierii genetycznej w celu doskonalenia lub degradacji związków chemicznych, nie Ad.1. Pozyskiwanie drobnoustrojów 
produkcji roślinnej i zwierzęcej. zawsze będących substancjami naturalnymi. poszukiwanie odpowiednich drobnoustrojów
Biotechnologia czerwona wykorzystuje Inżynieria cytogenetyczna  inżynieria prowadzących określony bioproces lub
systemy biologiczne w produkcji przemysło- genetyczna na poziomie komórkowym wytwarzających określony bioprodukt
wej. Opiera się na biokatalizie i bioproce- zajmująca się głównie opracowaniem (izolacja, ocena przydatności, warunki
Uproszczony schemat technologii zrekombi-
sach. Surowce odnawialne są tu przekształ- technik fuzji komórek (np fuzja komórek przechowywania) charakterystyka materiału
nowanego DNA
cane z wykorzystaniem pleśni, drożdży, nowotworowych szpiczaka i immunizowa- biologicznego (szybkość wzrostu, szybkość
bakterii, enzymów w cenne chemikalia, leki, nych komórek pozwoliła na otrzymanie przyswajania substratu, szybkość tworzenia
biopolimery, czynniki energetyczne, funkcjo- komórek mieszkańców (hybrydoma) które produktu, szybkość oddychania)
nalne, składniki żywności. zachowując cechy nowotworu szybko rosną Znajomość: mikrobiologia, biochemia,
Biotechnologia czerwona wykorzystywana w i wydajnie produkują przeciwciała. biologia kmórki
ochronie zdrowia i medycynie. Jest ważnym Zalety biotechnologii gwarantujące jej Ad.2. dobór warunków hodowli  stworzenie
i dynamicznie rozwijającym się obszarem dynamiczny rozwój warunków zapewniających szczepom
biotechnologii, w szczególności w zakresie - duża różnorodność bioprocesów maksymalną produkcję (skład podłoża,
produkcji nowych biofarmaceutyków,  łagodne warunki przebiegu bioprocesów prekursory, pH, potencjał O2, potencjał
rozwoju diagnostyki genetycznej, geoterapii i  procesy przyjazne dla środowiska redox, następnie temperaturę, natlenienie
ksenotransplantologii.  bezpieczeństwo procesów biotechnolo- sposób prowadzenia hodowli: powierzch-
Biotechnologia zielona związana jest z gicznych niowy czy wgłębny, okresowy czy ciągły. Na
rolnictwem, obejmuje zastosowanie metod  wykorzystanie surowców,które są odpa- tym etapie ustala się również metody
inżynierii genetycznej w celu doskonalenia dami dla innych technologii wyodrębniania i oczyszczania bioproduktów,
produkcji roślinnej i zwierzęcej. Ważnym  przetwarzanie surowców odnawialnych oraz warunki tych operacji: ciśnienie,
obszarem jest wprowadzanie transgenicz- Tworzenie nowych biotechnologii temperatura, lepkość, pobór mocy.
nych roślin do produkcji szczepionek Program opracowania proces obejmujący: Znajomość: mikrobiologia biochemia,
doustnych i rekombinowanych białek a także -fazę wstępną czyli analizę zapotrzebowania biologia komórki, inżynieria
wykorzystanie tychże roślin jako surowców społecznego na określone produkty Ad.3. doskonalenie cech produkcyjnych
odnawialnych w biorafineriach. -fazę badawczą mającą na celu opracowa- szczepu  zwiększenie potencjału gene- CHARAKTERYSTYKA DROBNOUSTRO-
HISTORIA BIOTECHNOLOGII nie technologii kończącą się rachunkiem tycznego szczepu w zakresie biosyntezy i JÓW PRZEMYSA
OWYCH
I okres przedpasteurowski (do połowy XIXw) ekonomicznym i podjęciem decyzji inwesty- biotransformacji, określonego substratu w Termin drobnoustroje nie jest jednoznaczny.
procesy fermentacyjne produkcja piwa, cyjnych ilości przewyższającej potrzeby własne Do grupy mikroorganizmów zalicza się
wina, octu, chleba, napojów mlecznych. -fazę wdrożenia czyli projektowanie oaz drobnoustrojów od kilkuset do kilkudziesię- bakterie, liczne grzyby a także niektóre
Wprowadzenie procesu inokulacji  szcze- budowę linii technologicznej i uruchomienie ciu tysięcy razy. Stosuje się następujące glony i pierwotniaki.
pienia kolejnych cykli fermentacji częścią produkcji. metody manipulacji genami: mutacje Wirusy to organizmy z pogranicza życia i
produktu finalnego lub ubocznego. Procesem technologicznym przyjęto nazy- genetyczne, fuzję protoplastów, rekombina- materii nieożywionej.
II okres przejściowy (początki nowych wać zapis wszystkich czynności występują- cję DNA in vitro. Ponadto dzięki inżynierii Drobnoustroje pełnią ważną rolę w proce-
technologii mikrobiologicznych. Naukowe cych po sobie w określonej kolejności, genetycznej możnakonstruować szczepy, sach biotechnologicznych dzięki takim
poznanie procesów mikrobiologicznych. W powodujących przemiany fizyczne, che- które syntezują bioprodukty, których drob- cechom jak
1857r L Pateur wyjaśnił rolę drobnoustrojów miczne, biochemiczne surowców oraz noustroje macierzyste nigdy nie produkowa- -duża szybkość przemiany materii
w procesie fermentacji. Zastosowanie złoża materiałów i prowadzących do otrzymania ły. Znajomość: genetyka, biologia moleku- -wielka różnorodność prowadzonych reakcji
zraszanego w oczyszczaniu ścieków. Nowe pożądanego produktu. Opracowanie larna chemicznych
metody biotransformacji mikrobiologicznej procesu technologicznego wymaga wy- Ad.4. Optymalizacja bioprocesu  ostatni -znaczna zmienność fizjologiczna, co
orbitolu. szczególnienia procesów i operacji jednost- etap laboratoryjny. Jest konsekwencją pozwala na sterowanie przebiegiem proce-
III okres Era nowoczesnej technologii, kowych, określenia substratów i materiałów maksymalnego wykorzystania potencjału sów
podokres : ZA
OTA ERA ANTYBIOTYKÓW pomocniczych, sposobu oczyszczania i metabolicznego drobnoustrojów. Ustala się mikrobiologicznych przez dobór warunków
nowe biotechnologie ok 100 antybiotyków w konfekcjonowania produktu jak również skład podłoża, warunki jego mieszania i środowiskowych
tym penicylina, a także wielu enzymów, planu zagospodarowania bądz
utylizacji napowietrzania, kinetyki bioprocesu i in. -łatwość dokonywania zmian genetycznych
aminokwasów, witamin nukleotydów SCP odpadów Często ten etap i następujące po nim są Rodzaje produktów wytwarzanych przez
(białko paszowe), katalizatory immobilizo- Proces jednostkowy  elementarny etap opracowywane przy użyciu techniki kompu- drobnoustroje
wane, podokres: WSPÓA
CZESNA BIO- procesu produkcyjnego stosowany w terowej. Znajomość: mikrobiologia, bioche- -całe komórki (drożdże, preparaty paszowe,
TECHNOLOGIA manipulacja genami poza przemyśle chemicznym i pokrewnych. mia,biologia komórki, chemia,inżynieria oraz szczepionki preparaty mikroflory)
komórką. Nastąpił rozwój metod rekombina- Rozróżnia się procesy podstawowe o informatyka. -produkty końcowe przemian metabolicz-
cji DNA in vitro, in vivo. Mikrobiologiczna charakterze fizykochemicznym lub chemicz- Ad.5. powiększenie skali  przeniesienie nych (etanol, kwas mlekowy, aceton,
produkcja insuliny, hormonu wzrostu, białek nym , które dzieli się z uwagi na typ reakcji opracowanej w laboratorium technologii do butanol)
odpornościowych metody klonowania i lub rodzaj faz biorących udział lub warunków skali półtechnicznej (fermentatory o poj. 20- -produkty spożywcze (jogurt, sery, piwo,
rozmnażania roślin in vivo. przebiegu procesu 1000L). wino)
Technologia mikrobiologiczna  obejmuje Operacje jednostkowe  są to te czynności Znajomość inżynieria, informatyka, matema- -produkty syntez podstawowych
procesy uwarunkowane obecnością drobno- jednostkowe w których wyniku zachodzą tyka, fizyka, ekonomia, ekologia a)małocząsteczkowe (aminokwasy, kwas
ustrojów. Pozwalają na wykorzystanie przemiany fizyczne. Ad.6. uruchomienie produkcji przemysłowej cytrynowy, nukleotydy, witaminy)
mikroorganizmów do wywołania różnorod-  przeniesienie wyników doświadczeń
b)wielkocząsteczkowe (enzymy, lipidy, wymagającymi dodatku witamin aminokwa- -dimetylonitrozoamina rRNA jest składnikiem budującym rybosomy.
polisacharydy) sów lub innych związków organicznych, W strukturze DNA wywołane przez czynniki Unikatowa pozycja roli RNA jako pośrednika
-produkty syntez peryferyjnych (antybiotyki, specyficznych dla danego procesu. mutagenne zmiany mogą dotyczyć obszaru pomiędzy  magazynem informacji gene-
alkaloidy dekstran) Podłoża do hodowli od kilku do kilku milionów par zasad. tycznej DNA a funkcjonalnym produktem tej
-produkty syntez i biotransformacji z udzia- -minimalne zawierające jedynie związki Klasyczna mutagenizacja stanowi zatem informacji  białkiem jak i możliwość
łem prekursorów (kwas 6- niezbędne dla wzrostu drobnoustrojów (nie typowe postępowanie losowe: opiera się na łączenia właściwości nośnika informacji
aminopenicylanowy, sprzyjają jednak szybkiemu namnażaniu pracochłonnej metodzie prób i błędów. genetycznej i katalitycznych właściwości
kwas akrylowy) drobnoustrojów, gromadzeniu dużej bioma- Schemat mutacji punktowej: (rybosomy) wskazuje że RNA odgrywa
-produkty obce dla drobnoustrojów ze sy czy też wydajnej biosytnezy dlatego są Przepływ informacji genetycznej w istotną rolę w ewolucji (hipoteza świata
zrekombinowanym DNA (insulina, interferon, raczej stosowane w procesach badawczych komórce: RNA). Wszystkie białka zaczynają się od
hormon wzrostu, inne białka). a rzadziej w procesach biotechnologicz- metioniny Cząsteczki transferowego RNA
Przydatność drobnoustrojów w biotechnolo- nych). pośredniczą w odczytaniu informacji z DNA i
gii ocenia się wg następujących cech -podłoża wzbogacone zawierają takie syntezie białka. Zawiera antykodon  trójka
użytkowych składniki jak namok kukurydziany, melasę i DNA zasad komplementarna do kodonu do końca
-wydajność i szybkość tworzenia produktu serwatkę. Podłoża kompleksowe mają 3' dołączony jest odpowiedni aminokwas.
-czystość produktu pewne wady, trudny do określenia skład Enzymy  narzędzia inżynierii genetycznej
-szybkość wzrostu jakościowy i ilościowy co jest wynikiem -endonukleazy przecinające DNA w tym
-niepatogenność i brak produktów toksycz- zmienności i nieodtwarzalności składu endonukleazy restrykcyjne
nych chemicznego użytych surowców komplek- -polimerazy DNA
-stabilność genetyczna i fenotypowa sowych pochodzących z różnych z
ródeł. Pary zasad: T=A i Ga"C -odwrotna transkryptaza  synteza DNA na
-fagooporność Surowce kompleksowe Informacja genetyczna to sekwencja zasad matrycy mRNA (synteza cDNAkomplemen-
-wymagania pokarmowe (ilościowe i jako- Namok kukurydziany zawiera 45-55% heterocyklicznych. tarny DNA)
ściowe) suchej masy głównie związki azotowe w tym Struktura DNA ilustruje podstawową zależ- -ligaza enzym łączący kowalencyjnie odcinki
-tolerancja na zmienne stężenia składników azotu białkowego 8% Jest z
ródłem amino- ność wspólną dla wszystkich biocząsteczek DNA (w strukturach dwuniciowych)
podłoża kwasów i peptydów poza tym zawiera -ścisłą zależność między strukturą a funkcją UPROSZCZONY SCHEMAT TECHNOLO-
-wielkość zapotrzebowania na tlen oraz cukry(2-10%sm) kwas mlekowy(10-30%sm) Właściwością DNA które pozwalają temu GII ZREKOMBINOWANEGO DNA
tolerancja na zmiany warunków natlenienia związki fosforowe(3-5%sm) jest także biopolimerowi funkcjonować jako wydajny i Enzymy restrykcyjne  rozpoznają sekwen-
-wymagania w zakresie temperatury, z
ródłem witamin i soli mineralnych. stabilny nośnik informacji jest struktura cje DNA i przecinają ją w danym miejscu są
odczynu i innych parametrów procesów, Melasa - produkt uboczny przy produkcji -DNA jest liniowym polimerem czterech to tzw. nożyczki molekularne. Występują w
oraz wrażliwość na ich zmiany cukru z buraków cukrowych: gęsty lepki monomerów (zasad A,G,T,C) bakteriach a wytworzone zostały do obrony
-łatwość wydzielenia produktu ciemnobrunatny syrop zawierający ok 50% -każdy nukleotyd składa się reszty cukrowej przed bakteriofagami. Każdy enzym restryk-
-inne cechy technologiczne cukru stosowana jet jako dodatek do pasz w deoksyrybozy i grupy fosforanowej i z cyjny połączony jest z innymi enzymami
a)korzystne np. zdolność do flokulacji przemyśle fermentacyjnym i spożywczym zasady heterocyklicznej zabezpieczającymi, dzięki czemu nie
(proces tworzenia agregatów) (produkcja spirytusu drożdży kw. Cytryno- -rdzeń polimerowy stanowią powtarzające rozcinają swojego DNA. Sekwencje typu
b)niekorzystne np. lepkość pienistość wego, kwasu mlekowego, gliceryny. Związki się reszty fosforanowo-cukrowe (rdzeń palindromowego  czyli takie które są
hodowli azotowe stanowią ponad 12% sm. Zawiera fosforanowo-cukrowy) symetryczne. Mogą tu wystąpić trzy sposoby
Sposoby odżywiania drobnoustrojów również sole mineralne i witaminy. Do każdej reszty cukrowej dołączona jest rozcinania. Istnieje możliwość pocięcia DNA
Serwatka  produkt uboczny uzyskiwany zasada heterocykliczna. Kolejność zasad w sposób odwracalny, możemy łączyć je
podczas przerobu mleka na ser i twaróg. oznacza sekwencję. Sekwencja stanowi cząsteczką która służy nam do transformacji
Wyróżnia się serwatkę podpuszczkową oraz informację genetyczną(instrukcję do syntezy danego organizmu czy innego DNA.
kwasową. Zawierają głównie wodę a także białek kierujących syntezą innych cząste- Enzymy są narzędziami inżynierii genetycz-
tłuszcz białko i laktozę. Serwatka zawiera k czek, tworzących całe komórki i całe nej
50% laktozy zawartej w mleku jak również organizmy. -polimerazy DNA- potrafią zsyntetyzować
białko witaminy związki mineralne Białka Zasady heterocykliczne komplementarną nić DNA wzorując się
często są wydzielane i oczyszczone sprze- Dwie pojedyncze nici DNA łączą się tworząc matrycą (może powielić DNA)
dawane jako białko serwetkowe. dwuniciową helisę. -odwrotna transkryptaza- synteza DNA na
Proces pozyskiwania i ulepszania szczepów Helisa DNA złożona jest z dwóch oplatają- matrycy mRNA (synteza cDNAkomplemen-
przemysłowych cych się nici ułożonych tak że cukrowo- tarny DNA). Enzym ten potrafi zsyntetyzo-
Nowe biotechnologie wymagają użycia fosforowy rdzeń leży na zewnątrz a zasady wać na matrycy RNA drugą nić która jest już
szczepów drobnoustrojów produkcyjnych o heterocykliczne są we wnętrzu helisy. nicią DNA. Następuje rozplecenie i do nici
ściśle zaprogramowanych właściwościach Najważniejszą cechą tej struktury jest DNA syntezowana druga nić DNA.
metabolicznych. Można wyselekcjonować ze specyficzność parowania się zasad poprzez cDNA-geny wytworzone sztucznie na bazie
środowiska naturalnego szczep dziki wiązania wodorowe A=T Ga"C Wiązania mRNA za pomocą odwrotnej transkryptazy.
Organizmy żywe dzielimy
wyróżniający się przydatnością do określo- wodorowe sa znacznie słabsze od kowalen- -ligaza- enzym który w momencie gdy
nego procesu biotechnologicznego jednakże cyjnych. Wiązania tego typu są jednak występują nici połączone lepkimi końcami
opracowanie wydajnego i ekonomicznie bardzo istotne z punktu widzenia układów łączy je na stałe Enzym łączy odcinki
opłacanego procesu wymaga najczęściej biologicznych i ich aktywności. kowalencyjnie
przeprowadzenia doskonalenia cech Zaproponowana przez Watsona i Cricka PCR- polimerowa reakcja łańcuchowa. DNA
użytkowych szczepu dzikiego. Pozyskiwanie struktura dwuniciowej helisy DNA ma dwie ogrzewamy do 100�C, nast ępuje rozplece-
szczepów zasady racjonalnego skriningu cechy o kluczowym znaczeniu w pełnieniu nie nici.
Pojęcie skriningu drobnoustrojów lub przez DNA funkcji nośnika informacji Starter (primery) są to krótkie (najczęściej
produktów ich metabolizmu definiowane jest genetycznej ok. 20 nukleotydów) fragmenty DNA kom-
jako kompleksowe postępowanie obejmują- 1. struktura ta jest kompatybilna z każdą plementarne do matrycy. Do reakcji wpro-
ce zespół selektywnych zabiegów mających sekwencją zasad (pary zasad mają zasadni- wadza się matrycowy DNA, trifosforany
na celu czo taki sam kształt) deoksyrybonukleotydów, startery (primery),
-wykrycie i izolację spośród dużej liczby 2. sekwencja wzdłuż jednej nici determinuje oraz termostabilną polimerazę DNA. W
Podział organizmów żywych:
możliwych tylko tych drobnoustrojów które całkowicie sekwencję drugiej nici (jako wynik wyższej temperaturze (zwykle około 95�C)
są celem badań komplementarnośi). pękają wiązania wodorowe i podwójna
-wstępną ocenę przydatności do danego A zatem jeśli dwuniciowa helisa ulega helisa. DNA rozdziela się na dwa pojedyn-
procesu rozdzieleniu na dwie pojedyncze nici to cze łańcuchy. W temperaturze niższej, ściśle
Ulepszanie szczepów każda z nich może pełnić rolę matrycy w określonej dla danej pary starterów (pomię-
Klasycznym sposobem wywoływania zmian tworzeniu nowej komplementarnej nici dzy 45-70�C), przył ączają się one do
jest dokonywanie trwałych zmian genetycz- poprzez specyficzne parowanie zasad. matrycy. Podwyższenie temperatury do
nych poprzez proces mutagenizacji i selekcji RNA pośredniczy w przepływie informacji około 72�C powoduje utworzenie si ę na
wykorzystywanych mutantów. Taka genetycznej. matrycy, z przyłączonymi do niej starterami,
*Podział ze względu na związki będące
mutagenizacja genetyczna może zwiększyć Organizmy których geny zbudowane są z kompleksu z polimerazą DNA, wskutek
ostatecznym akceptorem elektronów.
wydajność szczepu. DNA muszą najpierw zamienić informację czego rozpoczyna się synteza nici komple-
*Bilans materiałowy metabolizmu glukozy z
Mutacje genetyczną z DNA na RNA by była ona mentarnej do matrycy. Twórcą metody PCR
tlenowej i beztlenowej hodowli drożdży
Mutacją nazywamy zmianę w strukturze dostępna i funkcjonalna. jest Kary Mullis. Metoda ta zaczęła być
DNA na skutek jego uszkodzenia. Mutacje Struktura RNA jest podobna do DNA. Jest szeroko stosowana gdy polimerazę Klerova
dziedziczy się w następnych pokoleniach. polimerem zbudowanym z czterech mono- można było zastąpić termostabilną polime-
Rodzaje mutacji merów- nukleotydów A, G, C, U. Podstawo- razą z bakterii Thermus aquaticus.
-mutacje spontaniczne (naturalne) zachodzą wą różnicą między RNA i DNA jest to, że Polimeraza Taq. Optymalna temperatura
samoczynnie z częstością mniejszą niż 10-5 resztą cukrową jest tu ryboza a zamiast polimeryzacji dla tego enzymu to 70-79�C.
Są poważnym problemem w procesach tyminy występuje uracyl. Enzym zachowuje zdolność polimeryzacji po
biotechnologicznych ponieważ mogą RNA występuje w komórce na ogół w wielokrotnym ogrzewaniu do temp 95�C
doprowadzić do zdominowania hodowli postaci pojedynczej nici jakkolwiek niektóre (taka temperatura jest wymagana do
przez niekorzystne mutanty i doprowadzić segmenty są dwuniciowe. przeprowadzenia denaturacji dwuniciowego
do utraty przez szczep produkcyjny cech Funkcje jakie pełni RNA: DNA). Dzięki tym właściwościom polimerazy
ważnych biotechnologicznie 1. pośredniczy w przepływie informacji od Taq proces powielania DNA udało się
*Wymagania pokarmowe drobnoustrojów
-mutacje indukowane zachodzą pod wpły- DNA do białek (transkrypcja: mRNA). zautomatyzować. Proces ten polega na
*Drobnoustroje wykorzystywane w proce-
wem czynników fizycznych (promieniowanie 2. RNA pełni rolę cząsteczek adaptorowych umieszczeniu próbki powielanego DNA w
sach biotechnologicznych charakteryzują się
UV najczęściej w zakresie tzw dalekiego UV (tRNA) które przetwarzają informacje objętości nie większej niż 0,1ml. Proces
niewielkimi wymaganiami pokarmowymi.
czyli 254-265nm, promieniowanie jonizują- zawartą w sekwencji kwasu nukleinowego składa się z trzech etapów:
Większość z nich to organizmy prototroficz-
ce,prędkie neutrony oraz czynników che- mRNA w określone białko (udział tRNA w 1. denaturacja podwójnej helisy DNA
ne
micznych (kwas azotawy, związki alkilujące, procesie translacji) zachodzi w temperaturze 95�C przez 15-
(zdolne do syntezy wszystkich składników
iperyt, nitrozoaminy, barwniki akrydynowe 3. RNA jest ważnym składnikiem maszynerii 30sek
komórki z pojedynczego z
ródła węgla np.
przykłady związków alkilujących: komórkowej, która prowadzi proces transla- 2. renaturacja (wiązanie hybrydyzacja
glukozy) Niektóre szczepy są naturalnymi
-etyenoimina cji. starterów) Mieszaninę szybko się chłodzi do
lub sztucznie indukowanymi auksotrofami,
-metylosulfonian metylu określonej temperatury, w której startery
-metylosulfonian etylu
mogą tworzyć dwuniciowe struktury hybry- -włączenie cechy a+ do DNA komórki biorcy niskokopijne i wysokokopijne co uzależnione tom DNA na końcach cząsteczki DNA faga
dowe na końcach każdej nici DNA przez zastąpienie tą cechą odpowiedniego jest od rodzaju ori. tzw sekwencjom cos- możliwe jest przybra-
3. elongacja (właściwy etap syntezy DNA na fragmentu genomu biorcy Wprowadzenie plazmidów do komórek nie przez DNA faga w komórce bakteryjnej
matrycy DNA). Temperaturę mieszaniny -powstanie rekombinatów genetycznych biorcy. Wektory plazmidowe wprowadzane formy kulistej oraz zapakowanie go w
podwyższa się zwykle do 72�C i utrzymuje posiadających nową cechę są do komórek bakterii przy wykorzystaniu białkową główkę. Maksymalna wielkość
przez zadany okres czasu aby umożliwić Mechanizm wnikania i namnażania bakterio- zjawiska transformacji. W przypadku DNA który może być sklonowany w wekto-
polimerazie skopiowanie każdej jednonicio- faga stosowanej najczęściej bakterii E.Coli rach stosowanych w transformacji komórek
wej matrycy A -adsorpcja wirusa na powierzchni komórki wymaga to zwiększenia przepuszczalności prokariotycznych.
Metoda A (rys.) bakteryjnej błon komórkowych czyli ukompetentnienia.
Typ wektora Dł.klonówDNA
Metoda cDNA B -wnikanie materiału genetycznego wirusa W tym celu wystawia się komórki na wysoką
PLAZMID 10 (kb)
do wnętrza komórki bakteryjnej koncentrację pewnych dwuwartościowych
BAKTERIOFAG 25 (kb)
C,D -otaczanie cząsteczek wirusa w zaka- kationów w typowej procedurze komórki
KOSMID 45 (kb)
żonej komórce traktuje się roztworem CaCl2. Zazwyczaj
YAC 500 (kb)
E -liza komórki bakteryjnej i wydalenie z niej jedna komórka na milion zostaje stransfor-
YAC-sztuczne chromosomy drożdżowe.
fagów mowana i jedna cząsteczka na tysiąc
Metoda chemiczno enzymatyczna
WEKTORY EKSPRESYJNE
Proces lizogeniczny- materiał genetyczny zrekombinowanych plazmidów transformuje
Naturalne metody wymiany informacji
wektory te zawierają odpowiednie sekwen-
wbudowuje się w genom bakterii i pozostaje komórkę bakteryjną. Markerem selekcyjnym
genetycznej u drobnoustrojów.
cje promotorowe i regulatorowe, które w
w uśpieniu. jest gen oporności na antybiotyk
Rekombinacja genetyczna definiowana jako
komórce umożliwiają skuteczną transkrypcje
Mechanizm transdukcji Komórki które nie przyjęły plazmidu umiera-
proces w wyniku którego powstają nowe
przyległego do nich wprowadzonego do
-w momencie zetknięcia się wrażliwej ją, natomiast te które go przyjęły żyją i
kombinacje genów, stanowi podstawę
wektora odcinka DNA. Wektory te kierują
komórki bakterii z fagiem następuje adsorp- mnożą się dalej. W plazmidach zawarte
bardziej racjonalnego aniżeli mutagenizacja,
syntezą dużych ilości odpowiedniego mRNA
cja wirusa na jej powierzchni w sposób mogą być geny oporności na antybiotyki i
sposobu otrzymywania szczepów przydat-
które w komórkach ulega translacji skon-
nieodwracalny (z udziałem czułki i płytki inne substancje toksyczne, co jest dla
nych do celów biotechnologicznych. Proces
struowano różnego rodzaju wektory ekspre-
faga) bakterii bardzo korzystne ponieważ umożli-
ten wykorzystywany jest w dwojaki sposób:
syjne przeznaczone do stosowania w
-skurcz osłonki ogonka fagowego i przenik- wia przetrwanie w niesprzyjających warun-
1) poprzez hybrydyzację czyli krzyżowanie
różnych komórkach gospodarzy: bakterii
nięcie ogonka w głąb ściany a następnie kach. Plazmidowe geny odporności na
szczepów
drożdżach w komórkach owadzich i ssa-
błony komórkowej bakterii antybiotyki stanowią ważną cechę selekcyj-
2) konstruowanie sztucznych kombinacji
czych Wektor ekspresyjny powinien
-wprowadzenie DNA do wnętrza bakterii ną wykorzystywaną podczas klonowania i
genów in vitro i uzyskiwanie dokładnie
posiadać:
kanalikiem rdzenia ogonka. Po przeniknięciu namnażania szczepów ze zrekombinowa-
zaprogramowanych informacji genetycznej
-silny promotor warunkujący dobrą ekspre-
fag przestawia metabolizm bakterii na nym DNA
w komórkach odpowiednio dobranego
sję klonowanego genu
produkcję własnego DNA i własnego białka. Metoda selekcji wykorzystująca obecność w
gospodarza (inżynieria gospodarcza
-sekwencję liderowa wiązania mRNA z
W rezultacie powstają w komórce bakteryj- plazmidzie 2 genów oporności na dwa różne
technologia zrekombinowanego DNA)
rybosomem
nej dojrzałe fagi przy czym niektóre z nich antybiotyki:
Podstawy hybrydyzacji
-kodon inicjacji syntezy białka naturalnego
posiadają fragmenty DNA bakterii zamiast Selekcja na podstawie barwy
naturalna hybrydyzacja wiąże się z przeka-
dla gospodarza w celu wytworzenia białka
własnego DNA Bardziej przemyślanym sposobem rozpo-
zywaniem informacji genetycznej z komórki
hybrydowego co chroni je przed hydrolizą
-liza (rozpad) komórek bakteryjnych znania obecności rekombinowanych
dawcy do biorcy w wyniku przedłużonego
przez enzymy proteolityczne gospodarza
-bakteriofag zawierający DNA fagowo- plazmidów, możliwym do przeprowadzenia
kontaktu obu komórek i polega na wymianie
-sekwencje sygnałowa dla białka które mogą
bakteryjne, zakażając kolejne komórki na jednej szalce jest ich przeszukiwanie na
odcinków DNA (rekombinacji) między
być transportowane poza komórkę.
bakteryjne będzie wnosił do nich ten podstawie białej lub niebieskiej barwy koloni
chromosomami lub genoforami dawcy i
Wektory ekspresyjne tego typu wykorzysta-
kompleks DNA. komórek. Metoda również oparta jest na
biorcy w procesie określanym jako crossing
no do:
Etapy transformacji inercyjnej inaktywacji genu i wykorzystuje
over. W wyniku zachodzącej następnie
-celów naukowych by otrzymać liczne białka
-po wyizolowaniu fragmentów DNA (materiał powstawanie niebieskiego barwnika jako
separacji czyli rozdzielenia materiału
ważne dla biologii komórki w ilościach
genetyczny może być pobrany z komórek indykatora. System selekcji opiera się na
genetycznego w komórkach potomnych
wystarczających do przeprowadzenia
martwych gdyż nie traci on swych zdolności tzw teście alfa-komplementacji.
można otrzymać hybrydy (rekombinaty) o
szczegółowych badań
do przechowywania cech genetycznych Stosowane są plazmidy serii pUC. Polilinke-
zmienionym genotypie i nowych właściwo-
-celów przemysłowych szczególnie do
innych organizmów) z komórek dawcy ry w tego typu wektorach umiejscowione są
ściach metabolicznych. Jedną z koncepcji
produkcji dużych ilości białek ważnych w
następuje ich sorpcja na powierzchni w obrębie genu kodującego N-końcowy
wykorzystania procesu hybrydyzacji drob-
medycynie np. Produkcja czynnika VIII
komórek biorcy peptyd �-galaktozydazy (białka enzyma-
noustrojów do ich ulepszania było pozyski-
krzepliwości krwi, insuliny, hormonu wzrostu
-transport zaadsorbowanej cząsteczki DNA tycznego który degraduje laktozę na glukozę
wanie nowego wartościowego materiału
lub białek wirusowych -kapsydów służących
przez ścianę komórkową i błonę cytopla- i galaktozę).
genetycznego ze środowisk naturalnych i
jako szczepionki
zmatyczną komórek biorcy Transformowane są bakterie które mają
użycie do wzbogacania genotypów obecnie
INSULINA
-włączenie DNA dawcy do genomu biorcy mutacje akurat we fragmencie genu kodują-
stosowanych upośledzonych genetycznie
Insulina ludzka (HI-human insulin)
-procesy zewnętrznego wyrażania nowej cym tą część enzymu.
szczepów produkcyjnych. Zasadniczym
Produkowany w trzustce polipeptyd zbudo-
cechy W takim szczepie aktywna �-galaktozydaza
działaniem stało się krzyżowanie szczepów,
wany z 51 aminokwasów. Mimo że jej masa
WEKTORY powstaje dopiero po dostarczeniu prawidło-
pochodzących z różnych linii mutacyjno-
cząsteczkowa wynosi około 6000Da to
Wektory czyli przenośniki genów wej części genu niesionej przez plazmidach
selekcyjnych zwłaszcza wywodzących się
często zaliczana jest do białek z uwagi na
Wprowadzenie pożądanego genu do Kolonie zmutowanych komórek E.coli które
od różnych przodków. Hybrydyzacja umoż-
łatwość z jaką z cynkiem lub innymi jonami
wybranego mikroorganizmów wymaga pobrały plazmid pUC i zostały wyhodowane
liwia poprawę wielu ważnych cech stano-
krystalizuje w postaci dimerów lub heksame-
włączenia go do większej cząstki DNA którą na specjalnej pożywce zawierającej chromo-
wiących obok wydajności produktu o
rów. Insulina wykazuje szerokie spektrum
transformuje się komórkę biorcy. W tym celu forowy substrat X-pal (5-bromo-4-chloro-3-
wartości technologicznej szczepów przemy-
aktywności biologicznej:
stosuje się wektory indolino-�-galaktozyd) mają barwę niebie-
słowych. Dotyczy to między innymi przyswa-
-obniża poziom glukozy we krwi
-plazmidowe ską. Wynika to z obecności w tych komór-
janie ważnych substratów zmiany wymagań
-wzmaga biosyntezę aminokwasów, białek i
-fagowe kach aktywnej �-galaktozydazy.
pokarmowych, tolerancji na zmianę stężenia
kwasów tłuszczowych
-kosmidowe (hybrydy składające się DNA Włączenie w obręb polilinkera pUC dodat-
różnych składników podłoża i warunki
-wpływa na wnikanie glukozy do tkanek
plazmidowego i sekwencji cos faga lambda) kowego fragmentu DNA (klonowanego
natlenienia, tworzenia produktów ubocz-
tłuszczowych i mięśni.
Struktura wektora musi być tak zaprogra- genu) powoduje inaktywację genu loc Z i
nych, szybkości wzrostu oraz takich cech
Niski poziom insuliny powoduje że niewyko-
mowana aby poza wprowadzeniem pożąda- zablokowanie syntezy N-końcowej części
technologicznych jak pienienie się i właści-
rzystana glukoza gromadzi się w organizmie
nego genu do komórki zapewnić jego �-galaktozydazy . Po transformacji komórek
wości filtracyjne hodowli.
i powoduje szereg dolegliwości (cukrzyca).
-powielenie E.coli takim plazmidem nie jest produkowa-
Procesy paraseksualne u bakterii
Nieleczona cukrzyca powoduje uszkodzenie
-stabilność na �-galaktozydaza i hodowane kolonie
Koniugacja  połączenie się dwóch komórek
naczyń krwionośnych, serca tkanki nerwo-
-dobrą ekspresję klonowanej cechy mają białe zabarwienie. Tak więc można
bakteryjnych po którym następuje
wej i nerek. W zaawansowanych postaciach
-łatwą detekcję jego obecności łatwo wyróżnić komórki zawierające wektory
jednostronne przekazanie dużych fragmen-
cukrzycy jedynym lekiem ratujący życie jest
-ochronę zrekombinowanego DNA i produk- zrekombinowane.
tów DNA z komórki dawcy (męskiej do
egzogenna insulina przyjmowana podskór-
tu finalnego(białka) przed enzymatyczną WEKTORY FAGOWE
komórki biorcy (żeńskiej ).
nie lub dożylnie. Insulina została odkryta
degradacją Klonowanie w wektorze pochodnym fa-
Transdukcja  przekazanie materiału
przez Bantinga w 1921r (nagroda Nobla w
-ewentualnie transport białka poza komórkę ga.Można wstawić 20-25 tys par zasad.
genetycznego przez wirusy (bakteriofagi
1923r) a jej struktura pierwszorzędowa
PLAZMID Genom bakteriofaga  jest dwuniciową
przenoszą fragmenty DNA z jednej komórki
została ustalona przez Sangera w 1955
Plazmidy są dwuniciowymi kolistymi czą- cząsteczką DNA o znanej sekwencji 49502
do drugiej).
(nagroda Nobla w 1958r). Insulina ludzka
steczkami DNA naturalnie występującymi w par zasad mieszczącą ok 40 genów.
Transformacja  proces wnikania do komórki
zbudowana jest z dwóch łańcuchów:
niektórych bakteriach. Ich wielkość to od W dojrzałych cząsteczkach wirusowych DNA
biorcy fragmentów DNA bez kontaktu z
-łańcuch A zawiera 21 reszt aminokwasów
kilku do kilkudziesięciu tysięcy par nukleoty- ma formę liniowej cząsteczki zakończonej
komórką dawcy i zastąpienie przez ten
-łańcuch b zawiera 30 reszt aminokwaso-
dów. Mogą występować w komórce bakte- 12 nukleotydowymi jednoniciowymi  lepkimi
fragment DNA odpowiedniego fragmentu
wych
ryjnej w liczbie od kilku do kilkunastu kopii. końcami nazywanymi sekwencjami cos.
genomu biorcy.
Oba łańcuchy połączone są dwoma most-
Plazmidy posiadają własne regulatorowe Z DNA faga lambda można usunąć odcinek
Koniugacja- połączenie się dwóch komórek
kami siarczkowymi a w łańcuchu A znajduje
sekwencje nukleotydów ori(origin of replica- stanowiący około 30% genomu pozostawia-
bakteryjnych po którym następuje jedno-
się jeszcze jeden mostek S-S.
tion) kontrolujące ich automatyczną replika- jąc jego lewe i prawe ramie zawierające
stronne przekazanie dużych fragmentów
Insulina zwierzęca  otrzymuje się z trzustek
cję, która dzięki temu może zachodzić niezbędne geny w cyklu życiowym. Ponie-
DNA z komórki dawcy do komórki biorcy
wieprzowych lub wołowych Insulina świńska
niezależnie i z większą częstotliwością niż waż do główki białkowej faga nie jest
przy czym dawcą jest komórka męska Hfr
różni się od ludzkiej tylko jednym amino-
powielanie DNA genoforowego (czyli pakowany DNA o długości różniącej się o
zaś biorcą komórka żeńska F Proces ten
kwasem  w miejscu treoniny w pozycji B30
replikują niezależnie od głównego chromo- więcej niż 75-105% długości DNA faga
składa się z następujących etapów :
występuje alanina. Insulina bydlęca ma
somu bakteryjnego). Charakterystyka dzikiego. Można to zjawisko wykorzystywać
-łączenie się komórek o różnych cechach
również alaninę w pozycji B30a także
wektorów plazmidowych. Pojemność do selekcji zrekombinowanych cząsteczek
poprzez wytworzenie mostka
alaninę w miejsce treoniny w pozycji A8 oraz
wektorów plazmidowych ograniczona jest DNA, gdyż tylko takie będą infekcyjne.
cytoplazmatycznego. Dla zajścia tego etapu
walinę w miejscu izoleucyny w pozycji A10.
sposobem wprowadzania zrekombinowa- Podobnie jak w wektorach plazmidowych do
konieczne jest występowanie w ścianie
Insulina krystaliczna  insulina oczyszczona
nych cząstek DNA do komórek gospodarza. wektorów bakteriofagowych faga  również
komórkowej komórki biorcy tzw substancji
przez krystalizację najczęściej kompleksu z
Przy klasycznej transformacji wielkość wstawiono odpowiednie polilinkery,geny
komplementarnych, które pozwalają zaak-
cynkiem (zawiera zanieczyszczenia 
wstawki nie powinna być większa niż ok markerowe, silne promotory itp.
ceptować partnera
proinsulinę deaminoinsulinę i inne produkty
10kb (10 tys par zasad). Warto zwrócić Czynności pakowania DNA do główek faga
-przejście fragmentu DNA zawierającego
rozkładu.
jeszcze uwagę na ilość kopii wektora w można wykonać in vitro.
cechę a+ z komórki dawcy do komórki
Insulina jednoskładnikowa  insulina dobrze
komórce Istnieją wektory Dzięki 12 nukleotydowym, wzajemnie
biorcy
oczyszczona za pomocą sączenia moleku-
komplementarnym jednoniciowym fragmen-
larnego, chromatografii cieczowej lub rekombinowanego DNA jest technologia
ekstrakcji przeciwprądowej (nazwa pochodzi oparta o wytwarzane przez drożdże peptydy
od faktu iż na chromatografii HPLC jest tylko des (B30) tzw insuliny jednołańcuchowym i
jeden pik). jej transpeptydacja do insuliny ludzkiej. Do
Do niedawna jedynym z
ródłem insuliny były komórek drożdży wprowadza się gen
trzustki zwierząt rzez
nych głównie trzustki prekursora insuliny czyli peptydu des(B30).
wieprzowe i wołowe. Ze względu na praco- Taki peptyd był już wcześniej znany ponie-
chłonną technologię jej wyodrębniania waż powstał z insuliny świńskiej pod
występował stały deficyt tego leku wpływem
Z 1kg trzustek wołowych otrzymuje się 2000 trypsyny. Wykorzystano zatem wcześniejsze
IU insuliny (1mg insuliny odpowiada 24 IU) doświadczenia dotyczące jego
przy czym jedna dawka lecznicza wynosi transpeptydacji w obecności estru treoniny.
kilkaset IU. Najtrudniejszym etapem tego procesu jest
Mimo że cząsteczki insuliny zwierzęcej oczyszczanie produktu od zanieczyszczeń
różnią się aminokwasami w niektórych biologicznych a w szczególności od obcych
pozycjach to prawie wszystkie wykazują białek.
podobną aktywność biologiczną i mogą Po dokonaniu poniżej wymienionych
spełniać aktywną funkcję w organizmie procesów oczyszczania otrzymuje się
ludzkim. Czasami zdarza się iż organizm insulinę o czystości powyżej 99,5%
ludzki traktuje je jak obce białka- antygen, Masa Etap procesu Wyd.
co przy długotrwałym stosowaniu prowadzi
25500 kg fermentacja -
do szeregu reakcji alergicznych. Z tego
powodu zostały opracowane chemiczno-
Uzyskanie
biologiczne metody transformacji insuliny
14300kg ciałek inkluzyj- 90%
zwierzęcej w ludzką ale ze względu na
nych
koszty nie znalazły większego zastosowa-
Chemiczne
nia. Dopiero rozwój inżynierii genetycznej
konwersje
stworzył realne podstawy produkcji. Synteza
(cięcie za
insuliny w organizmie ludzkim rys.
Otrzymywanie insuliny metodami cDNA. pomocą CNBr,
Otrzymywanie ludzkiej insuliny z wykorzy-
6250kg tworzenie 60%
staniem zrekombinowanych bakterii E.coli.
mostków di
Generalnie problem rozwiązano na dwa
siarczkowych)
sposoby:
procesy
-otrzymano metodami inżynierii genetycznej
oczyszczania
oddzielnie oba łańcuchy A i B po czym
połączono je na drodze chemicznej Enzymatyczne
3000kg 90%
-wytworzenie proinsuliny która była enzyma-
konwersje
tycznie przekształcona w insulinę (sposób
Końcowe
podobny do procesu zachodzącego natural-
oczyszczanie,
nie w trzustce).
jonowymienna
W procesie technologicznym opartym na
chromatografia
łączeniu łańcuchów A i B
15kg 60%
-opracowano procedury wprowadzania RPHPLC ,
genów do komórek bakterii, warunki hodowli
filtracja żelowa,
zrekombinowanych organizmów oraz
ultrawirowanie,
opracowano warunki izolacji i oczyszczania
krystalizacja
peptydów A i B
Diagnostyka fenyloketonurii
-opracowano warunki łączenia peptydów A i
Fenyloketonuria- choroba polegająca na
B w natywną cząsteczkę insuliny (tworzenie
zaburzeniu w przemianie aminokwasów
dwusiarczkowych mostków w ściśle określo-
aromatycznych związana z niedoborem
nych pozycjach). Produkcja ludzkiej insuliny
hydrolazy fenyloalaninowej (PAH). Gen PAH
w komórkach E.coli.
występuje w jednej kopii i składa się z 13
Był to niezwykle trudny etap w opracowaniu
egzonów (eksonów) o długości sumarycznej
technologii. W wyniku niekontrolowanego
2,3kpz i 12 intronów o długości 85kpz.
połączenia może powstać bardzo wiele
Fenyloketonuria to wynik zmiany jednego
izomerów w tym 3 monomery A monomer B,
aminokwasu argininy na tryptofan jako wynik
57 dimerów A2 2 dimery B2 12 dimerów AB
pojedynczej mutacji (->T w egzonie 12-tym).
(w tym jeden będący HI) a ponadto ponad
Gen PAH ulega ekspresji w wątrobie dlatego
3000 trimerów i niezliczona liczba wyższych
nie można do wykrycia fenyloketonurii
izomerów. W praktyce w wyniku spontanicz-
zastosować klasycznych metod diagnostyki
nego tworzenia mostków disiarczkowych
prenatalnej. Test wykonuje się po urodzeniu.
otrzymano preparat o aktywności 1-2%
Terapia zachowawcza (dieta uboga w
naturalnej insuliny. Taka wydajność była nie
aminokwasy aromatycze) wprowadzona
do zaakceptowania w przemysłowym
zaraz po urodzeniu pozwala na uniknięcie
procesie tworzenia leku. Opracowana
nieodwracalnych uszkodzeń tkanki mózgo-
procedura polegała na wcześniejszym
wej wywołanej toksycznymi produktami
przeprowadzeniu grup tiolowych w
niewłaściwego metabolizmu fenyloalaniny.
tioestry siarczynowe, następnie reakcji
W badaniach DNA członkowie rodzin
łączenia łańcuchów A i B w stosunku
obciążonych fenyloketonurią znaleziono
molowym 2:1 przeprowadzonej w obecności
polimorfizm restrykcyjny obszaru genu PAH
chiralnego utleniacza zwanego odczynni-
dla ośmiu enzymów restrykcyjnych m.in.
kiem Clelada-DTTditiotretiol o wzorze
Msp I (użycie tego enzymu do analizy
HSCH2CHOHCHOHCH2SH. Takie warunki
pozwala na postawienie diagnozy z
prowadziły do otrzymania
98,5%pewnością)
prawidłowej cząsteczki insuliny z wydajno-
SZCEPIONKI.
ścią 50% liczoną w stosunku do łańcucha B
Metody otrzymywania ludzkiej insuliny
-ekstrakcja z ludzkich trzustek
-chemiczna synteza via indywidualne
aminokwasy
-transformacja świńskiej insuliny semi-
synteza
-produkcja metodami inżynierii genetycznej
SEMI-SYNTEZA
-ekstrakcja insuliny świńskiej z zamrożonych
tkanek
-oczyszczanie insuliny świńskiej
-biochemiczna transformacja (insulina
świńska ma alaninę w B30 zamiast treoni-
ny). Transformację wykonuje się wobec
trypsyny przy dużym nadmiarze treoniny
(najlepsze rezultaty daje ester t-butylowy)
-oczyszczanie ludzkiej insuliny aby ograni-
czyć do minimum zawartość proinsuliny
-ostateczna foemulacja insuliny
Produkcja Novo Nordisk. Insulina jednołań-
cuchowa SCI (single-chain insulin).
Alternatywnym sposobem biosyntezy
ludzkiej insuliny z wykorzystaniem
Mikroorganizm (drobnoustrój) - organizm Plazmid- dwuniciowa, kolista cząsteczka DNA
obserwowany dopiero pod mikroskopem. naturalnie występująca w niektórych bakteriach.
Mikroorganizmami są bakterie, archeany, pierwotniaki i Stosowana jako wektor w inżynierii genetycznej.
niektóre grzyby. Rybosom- organelle służące do produkcji białek w
Autotrof- organizm samodzielnie wytwarzający ramach translacji.
związki organiczne. Dzielą się na barwne, zaw. Transdukcja- Paraseksualna metoda rozmnażania
barwniki asymilacyjne, np. glony i bezbarwne-nie zaw. bakterii. Proces wprowadzenia nowego genu do
barwników asymilac.- Zdolne do chemosyntezy dzięki komórki przez wirusa.
energii z red. prostych związków nieorganicznych. cDNA- komplementarny DNA, cząsteczka DNA będąca
Liofilizacja to suszenie sublimacyjne. Jest to jedna z kopią sekwencji mRNA.
metod przechowywania drobnoustrojów, dzieli się na 2 GMO(genetically modified organisms) - rośliny i
etapy: zwierzęta zawierające w swych komórkach włączony do
1) zamrożenia (1�C/min), miesz. to: suchy lód i genomu gen obcego gatunku; uzyskiwane metodami
rozpuszczalnik, a następnie (drugi etap) sublimuje się inżynierii genetycznej.
parę wodną pod cieśn. mniejszym od 1mmHg. Tak Skrining- kompleksowe postępowanie obejmujące
przygotowany materiał przechowuje się w naczyniu pod zespół zabiegów mających na celu: wykrycie i izolację
próżnią w lodówce w odpowiednio niskiej temp. drobnoustrojów do badań, wstępną ocenę przydatności
Koniugacja - jest to proces para seksualny u bakterii, do procesu.
polegający naprze kazaniu mat. Genetycznego od dawcy Mutagenizacja- klasycznym sposobem wywoływania
(kom męska), do biorcy (kom żeńska), poprzez zmian jest dokonywanie trwałych zmian genetycznych
utworzenie mostka cytoplazmatycznego. poprzez proces mutagenizacji. Mutagenizacja
Ekspresja genu - proces, w którym informacja genetyczna może zwiększyć wydajność szczepu.
genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i Antykodon-3 kolejne nukleotydy tRNA, stanowiące
przepisana na jego produkty, które są białkami lub jednostkę czynną w procesie syntezy białka w komórce.
różnymi formami RNA. Transformacja-pobranie przez organizmy jednokom.
Retrowirusy - rodzina wirusów, których materiał genu z innego szczepu i włączenie go we własny
genetyczny zawarty jest w RNA. Najdokładniej genom, co prowadzi do zmiany cech dziedzicznych.
poznanym retrowirusem jest wirus HIV. Insulina-hormon peptydowy o działaniu
Polimeraza DNA - enzym katalizujący syntezę DNA w ogólnoustrojowym, odgrywający rolę głównie w
czasie replikacji lub naprawy DNA. metabolizmie węglowodanów, lecz także białek i
Transkrypcja w genetyce oznacza proces syntezy RNA tłuszczów.
na matrycy DNA przez różne polimerazy RNA. Jest to, Chromosomy-samoodtwarzające się, stałe składniki
zatem przepisywanie informacji zawartej w DNA na jądra komórkowego, będące nosicielami genów.
RNA. Degeneracja kodu genetycznego-nadmiarowość kodu
Bakteriofag-wirus atakujący bakterie, zbudowany z genetycznego, przejawiająca się tym, że określony
otoczki białkowej, w której znajduje się materiał aminokwas jest kodowany przez więcej niż jeden kodon
genetyczny. Fragmenty Okazaki- nowe krótkie odcinki DNA, które
Klonowanie to proces tworzenia organizmów mających polimeraza DNA III syntetyzuje na obu odcinkach w
taką samą informację genetyczną. procesie replikacji DNA.
Gen-odcinek DNA nadający komórce zdolność do Genom człowieka-kompletny zestaw informacji
tworzenia różnych form RNA, pośredniczy w genetycznej człowieka; składa się z 2 odrębnych
kodowaniu białek. Gen decyduje o przekazywaniu genomów.
poszczególnych dziedzicznych cech organizmu. Kodon- jednostka informacji genetycznej; 3 kolejne
PCR-(Polymerase Chain Reaction)  łańcuchowa nukleotydy w łańcuchu DNA lub mRNA, wyznaczające
reakcja polimerazy, metoda powielania łańcuchów rodzaj i miejsce 1 aminokwasu w łańcuchu polipeptydu
DNA w warunkach laboratoryjnych, polegająca na podczas biosyntezy białka w komórce.
sekwencji wielokrotnego podgrzewania i oziębiania Kodony synonimowe- kodony określające ten sam
próbki. aminokwas.
Komórka eukariotyczna - materiał genetyczny tej Kosmidy- sztucznie wytworzone wektory używane w
komórki jest umieszczony w jądrze. Zawierające DNA z inżynierii genetycznej. Tworzy się je łącząc plazmidy z
histonami upakowane w chromosomy. sekwencją cos bakteriofaga lambda.
Podłoże wzbogacone-zawiera takie substancje, jak: Klon- komórki będące swoimi wiernymi kopiami (o
melasa: produkt uboczny przy produkcji cukru z jednakowym składzie genetycznym).
buraków cukrowych, zaw. ok. 50% cukru, a także sole Lepkie końce- kohezyjne końce fragmentu DNA,
min. i witaminy. namok kukurydziany: jest z
ródłem pociętego przez enzymy restrykcyjne w ten sposób, że
aminokwasów i peptydów. Zawiera od 45 do 55% cięcia przesunięte są względem siebie o kilka
suchej masy, gł. związki azotowe. nukleotydów.
serwatka: produkt uboczny z przerobu mleka na ser i mRNA- cząsteczki informacyjne RNA powstające jako
twaróg. Zawiera: wodę, tłuszcz, białko i laktozę (ok. kopie odcinków DNA podczas transkrypcji w
50%). biosyntezie białka.
Sekwencja palindromowa - jest to sekwencja Nukleoid- obszar cytoplazmy komórek
rozpoznawana przez enzymy restrykcyjne. prokariotycznych, w którym znajduje się kolista nić
Odczytywana z nici nonsensownej i sensownej jest taka DNA, nie oddzielonego żadną błoną od pozostałych
sama. elementów tej komórki.
5' A A T T 3' Nukleozydy-są zbudowane z zasady heterocyklicznej
3' T T A A 5' (adenina,cytozyna,guanina,uracyl,tymina) i
Kod genetyczny-to zasada, według której informacja odpowiedniego cukru deoksyrybozy lub rybozy w
genetyczna, zawarta w DNA lub RNA, w komórkach zależności od tego w skład którego biopolimeru
wszystkich organizmów może ulegać "tłumaczeniu" na wchodzą DNA czy RNA
kolejność aminokwasów w białkach w procesie Nukleotyd- połączenia rybozy lub deoksyrybozy,
translacji. Kod genetyczny jest: kodem trójkowym, zasady purynowej albo pirymidynowej i kwasu
zdegenerowany, bezprzecinkowy, uniwersalny, fosforowego.
jednoznaczny, kodony nie zachodzą na siebie. Nukleosom- podstawowa periodyczna podjednostka
Fermentor-jest to urządzenie do przechowywania organizacji eukariotycznej chromatyny. Tworzy ją
drobnoustrojów. odcinek DNA o dł. ok. 200 par zasad oraz kompleks 8
Wirus krowianki-jest to wirus, który nie wywołuje u cząsteczek zasadowych białek histonowych.
człowieka żadnych reakcji, a dzięki temu może być Nić opóz
niona- nić DNA syntezowana w sposób
wykorzystywany w rekombinowanych szczepionkach. nieciągły przez odcinki Okazaki.
Mutacja-jest to nagła zmiana materiału genetycznego. Odwrotna transkryptaza- proces syntezy
Mutacja może być wywołana samorzutnie, lub przez komplementarnej nici DNA na matrycy wirusowego
czynniki zewnętrzne. RNA, katalizowany przez enzym zw. odwrotną
Inżynieria genetyczna-ingerencja w materiał transkryptazą.
genetyczny organizmów, w celu zmiany ich Prymosom- grupa białek rozpoczynających replikację.
właściwości dziedzicznych. Polega na wprowadzaniu do rRNA- rybosomowy RNA. Cząsteczki kwasu
komórek organizmu biorcy, określonego odcinka DNA rybonukleinowego wchodzące w skład rybosomów,
dawcy. biorących udział w procesie biosyntezy polipeptydów.
Biotechnologia jest interdyscyplinarną dziedziną Rekombinowany DNA- DNA zawierający
łączącą w sobie nauki techniczne i przyrodnicze, wprowadzone za pomocą wektorów dane sekwencje
obejmującą badanie, wytwarzanie i wykorzystanie zasad tworzące gen.
DNA/RNA, białek/enzymów, drobnoustrojów, kultur tRNA- transportujący RNA,pośredniczy w przyłączaniu
komórkowych w procesach modyfikacji genetycznej, kolejnych aminokwasów w procesie biosyntezy białka.
biosyntezy, biotransformacji, bioutylizacji a także Splicing- (z angielskiego oznacza składanie)-proces
wyodrębnianie i modyfikacje tak otrzymanych modyfikacji nowo powstałej cząsteczki mRNA
bioproduktów. polegający na wycięciu sekwencji RNA niekodujących
Komórka prokariotyczna- komórka nie posiadająca białka i połączeniu we właściwej kolejności sekwencji
jądra komórkowego. Podstawowym materiałem kodujących.
genetycznym jest nukleoid. Materiał genetyczny nie jest Zasada heterocykliczna- związek organiczny
oddzielony od reszty komórki żadną błoną. wchodzący w skład nukleozydu.
Heterotrofy-organizmy cudzożywne, dla których
z
ródłem energii wykorzystywanej do procesów
życiowych jest pokarm w postaci gotowej materii
organicznej. Heterotrofy dzieli się na biofagi, oraz
saprobionty.
Podłoże minimalne-podłoże zawierające jedynie
związki niezbędne do wzrostu drobnoustrojów. Są
częściej stosowane w procesach badawczych niż
biotechnologicznych.
Genom-haploidalny zespół chromosomów jądra
komórkowego, zawierający określony zespół czynników
dziedzicznych (genów).
Bakulowirus- Stosowane jako broń w walce z
owadami, oraz jako wektory w inżynierii genetycznej.
Replikacja-jest to powielanie materiału genetycznego.
Enzym restrykcyjny-enzym z grupy endonukleaz
występujący w komórkach bakterii. Rozpoznaje
kreślone odcinki łańcucha DNA obcego dla komórki i
wycina je.
Ligaza-enzym restrykcyjny, łączący odcinki DNA.