1. Wymień i opisz źródła węgla w pożywce.

SACHARYDY Najpowszechniej jako źródło węgla są stosowane monosacharydy, disacharydy i polisacharydy. Ich roczne zużycie jako składnika podłoży fermentacyjnych wynosi 30 mln ton.

-monosacharydy: ksyloza, glukoza i fruktoza. najczęściej jest stosowana glukoza(Wchodzi w skład sacharozy, laktozy, maltozy i takich polisacharydów, jak: skrobia, celuloza, glikogen i dekstran.)

Glukoza dobrze rozpuszcza się w wodzie i jest łatwo przyswajalna przez większość drobnoustrojów. Jej stosowanie umożliwia otrzymanie bardzo czystego produktu z dużą wydajnością.

-disacharydy: stosowane przede wszystkim sacharoza i laktoza i to zarówno w postaci czystej, jak i w formie surowców zawierających te sacharydy, np. melasy (sacharoza), serwatki (laktoza); używa się także maltozy.

Sacharoza zbudowana z reszt glukozy i fruktozy. W przemyśle fermentacyjnym jako źródła sacharozy używa się przede wszystkim melasy. Jest ona produktem odpadowym w produkcji cukru z buraków cukrowych lub trzciny cukrowej i jest nazywana melasą buraczaną lub trzcinową.

Laktoza znana też pod nazwą cukier mlekowy.Laktoza występuje w mleku wszystkich ssaków. Otrzymuje się ją z serwatki. Jako źródło węgla w podłożu laktozę stosuje się tylko w nielicznych przypadkach i najczęściej w dużych stężeniach. Pomimo słabego przyswajania przez drobnoustroje co wpływa na przedłużanie się fermentacji, laktozę często stosuje się w produkcji antybiotyków, zwłaszcza penicyliny

Maltoza – cukier słodowy – jest zbudowana z dwóch cząsteczek glukozy. Powstaje głównie po hydrolizie skrobi i glikogenu. Występuje w różnych produktach spożywczych. Maltoza jest obecna w słodzie, ekstrakcie słodowym i brzeczce piwnej.

Celobioza jest produktem enzymatycznej hydrolizy celulozy. Podobnie jak maltoza jest zbudowana z dwóch cząsteczek D-glukozy. Różnica między maltozą a celobiozą polega na tym, że w maltozie występuje wiązanie alfa-glikozydowe, a w celobiozie beta-glikozydowe. Obydwa sacharydy mają właściwości redukujące i ulegają mutarotacji.

-polisacharydy: Najczęściej stosowanym w przemyśle fermentacyjnym polisacharydem jest skrobia

Skrobia jest stosowana w postaci czystej jako bezpostaciowy proszek lub jako składnik ziemniaków, zboża, owsa, jęczmienia, sorga, kukurydzy, tapioki .

Inulina.

Celuloza.

NIESACHARYDOWE ŹRÓDŁA

-Metanol jest produkowany z gazu naturalnego i nafty, a jego czystość przekracza 99,8%. Jest stosowany w biosyntezie białka paszowego

-Etanol jest bezbarwną cieczą o charakterystycznym zapachu i palącym smaku. W wyniku fermentacji z surowców roślinnych otrzymuje się etanol używany do celów konsumpcyjnych oraz do przerobu na tzw ocet spirytusowy lub winny

-polialkohole: najczęściej stosuje się glicerol. Glicerol jest oleistą, lepką, bezbarwną i bezwonną cieczą o słodkim smaku. Zaletą glicerolu jest jego nietoksyczność i łatwe mieszanie się z wodą. Wyróżnia się glicerol naturalny, otrzymywany w wyniku hydrolizy tłuszczów lub fermentacji alkoholowej, oraz glicerol syntetyczny, otrzymywany na bazie propylenu pochodzącego z przerobu ropy naftowej.W biotechnologii glicerol jest stosowany również do utrwalania czystych kultur drobnoustrojów oraz preparatów enzymatycznych.

-Kwasy karboksylowe. Jako niedrogie źródło węgla stosuje się kwas octowy.

-Tłuszcze. Tłuszcze roślinne i zwierzęce często stosuje się jako dodatkowe źródło węgla w połączeniu z sacharydami. Są one także bezpośrednią substancją odżywczą w pożywce, dodawaną w formie triacylogliceroli lub jako oleje; można je również stosować jako substancje rozbijające pianę.

-Węglowodory. Najprostszym węglowodorem jest metan – gaz naturalny, zawierający 90-92% czystego metanu oraz 1% etanu, 1-2% butanu, ślady CO₂, argonu i azotu. Metan jest zanieczyszczony siarką, którą należy usunąć przed zastosowaniem w procesach mikrobiologicznych

-Substraty gazowe. Takie substraty gazowe, jak CO₂, CO₂ i H₂ zajmują specjalną pozycję w technologii mikrobiologicznej. Stosuje się je w produkcji białka paszowego, np. przez bakterie Hydrogenomonas. Kilka kultur beztlenowych Clostridium wykorzystuje CO₂, CO₂ i H₂ w produkcji różnych kwasów organicznych.

1. Scharakteryzuj materiały pomocnicze stosowane w biotechnologii.

Materiały pomocnicze:
- detergenty – dodawane jako substancje, które emulgują nierozpuszczalne w wodzie składniki odżywcze w pożywce. Zastosowanie detergentów wpływa na polepszenie wydajności biomasy Detergenty znajdujące się w pożywce zwiększają przepuszczalność membran komórki i aktywują różne enzymy komórkowe.
- odpieniacze – naturalne (olej słonecznikowy, kwas olejowy, olej z wielorybów (tran).) i syntetyczne (silikony, polipropyleny i produkty uboczne otrzymywane w syntezie kwasów tłuszczowych)

Powstawanie piany w procesach biotechnologicznych jest zjawiskiem niekorzystnym

Pożądane właściwości dobrego odpieniacza to przede wszystkim

- Szybkie rozbicie istniejącej piany

- Długotrwałe zabezpieczenie przed ponownym powstaniem piany

- Aktywność w małym stężeniu

- Nietoksyczność w stosunku do namnażanych drobnoustrojów

- Nietoksyczność dla ludzi i zwierząt

- Łatwość stosowania

- Niepalność, nielotność, niewybuchowość

- Niska cena
- substancje stałe – śruta rzepakowa otręby przenne, słoma, sieczka, wytłoki jabłkowe, często zroszone serwatką lub melasą jako podłoże do rozwoju grzybów mikroskopowych, które syntetyzują biomasę zawierającą około 30-40% białek i w ten sposób polepszają wartość żywieniową komponentów podłoża, stosowanych następnie w żywieniu zwierząt. Niekiedy na podłożach z komponentów stałych namnaża się grzyby strzępkowe. Również grzyby jadalne.

-antyseptyki i antybiotyki – w przemyśle spirytusowym w celu wyeliminowania zakłóceń w produkcie
- subst.buforujące – ciałka, peptydy, aminokwasy. Kontrola odczynu (pH) pożywki ma ogromne znaczenie w produkcji określonych substancji syntetyzowanych przez drobnoustroje, ponieważ często od kwasowości zależy, co drobnoustroje syntetyzują

Wiele substancji stosowanych jako źródło substancji odżywczych, a więc węgla (serwatka, melasa, brzeczka) i azotu (namok kukurydziany, ekstrakty i hydrolizaty drożdżowe) zawiera substancje o właściwościach buforujących, takie jak: białka, peptydy, aminokwasy, cytryniany. Ilość tych substancji podczas hodowli ulega zmianie, co powoduje konieczność utrzymania pH na określonym poziomie przez dodanie odpowiedniego regulatora pH. Wiele środowisk hodowlanych jest buforowanych przez dodatek węglanu wapnia. Jeżeli pH obniża się – węglan jest rozkładany, jeżeli rośnie – może następować zmiana pH wywołana produkcją kwasu przez drobnoustroje, jak ma to miejsce w produkcji kwasu mlekowego.

pH podłoża można również korygować przez dodanie roztworów wodorotlenków sodu lub amonu i roztworu kwasu siarkowego (VI
- subst.chelatujące – Na skutek mieszania składników pożywki trudno rozpuszczalnych następuje wytrącanie substancji

Składniki w stanie wytrąconym nie są dostępne dla drobnoustrojów. Właściwe stężenie substancji śladowych można zapewnić przez chelatowanie, które utrzymuje stan, podaż fizjologicznego stężenia niezbędnego dla hodowanych drobnoustrojów. Substancje chelatujące zawierają grupy kompleksujące – ligandy, które związane odwracalnie z jonami tworzą

- prekursory- pomagają regulować syntezę produktu, nie wpływając na wzrost mikroorganizmów. są bezpośrednio wbudowywane do żądanego produktu, podnoszą wydajność produkcji. Np. kwas fenylooctowy, glicyna

- inhibitory- zwiększają przepuszczalność ścian komórki i ułatwiają uwalnianie metabolitów, podnosząc w ten sposób wydajność syntezy. Niektóre inhibitory powodują akumulację metabolitu pośredniego, który bez dodatku inhibitora jest metabolizowany. Przykładowym inhibitorem jest penicylina

1. Omów podział technik hodowli drobnoustrojów ze względu na stan fizyczny pożywki.

Klasyfikacja technik hodowli drobnoustrojów ze względu na stan fizyczny pożywki

- hodowle w podłożach ciekłych – HPC

• Zawiesina mikroorganizmów w ciekłej pożywce – hodowle wgłębne

• Hodowle z unieruchomionym materiałem biologicznym na powierzchni nośnika lub zamknięcie w jego wnętrzu

• Wzrost grzybów strzępkowych w postaci kożucha na powierzchni ciekłej pożywki – hodowle powierzchniowe

- hodowle w podłożach stałych – HPS

• Stosowane do hodowli grzybów strzępkowych w ziarnie zbóż, otrębach pszennych, odpadach celulozowych

1. Hodowla ciągła – warunki, zastosowanie.
   - hodowla ciągła prowadzona jest w bioreaktorze przepływowym zasilanym pożywką. Z aparatu w sposób ciągły odprowadzany jest płyn pofermentacyjny z biomasą.

- stężenie biomasy i substratu w strumieniu odpływającym z bioreaktora są takie same jak w całej jego objętości. Natężenie odbioru płynu ze zbiornia jest równe natężeniu dopływu pożywki.

- hodowle ciągłe są stosowane w procesach, w których konieczna jest kontrola stężenia substratu. W hodowli ciągłej preferowane są komórki szybko rosnące. Proces ten jest odpowiedni do otrzymywania biomasy oraz metabolitów pierwotnych.

- trudności w hodowli ciągłej:

• Niehomogeniczność zawiesiny w bioreaktorze

• Utrzymanie jałowości

• Utrzymanie stabilności hodowli

1. Wymień procesy stosowane do wydzielania i oczyszczania produktów biosyntezy w zależności od ich zasadniczej funkcji.
   - separacja produktów nierozpuszczonych i cząstek stałych (rozdzielanie zawiesin: filtracja i wirowanie)
   - wydzielanie i koncentracja produktu – ekstrakcja rozpuszczalnikowa, adsorpcja, procesy membranowe
   - oczyszczalnie produktu – techniki chromatograficzne, elektroforeza, precypitacja
   - końcową obróbkę – krystalizacja i suszenie

2. Przedstaw ogólną charakterystykę metod membranowych.

membrany służą do zatrzymywania biomasy drb (↑ st.drb) co zwiększa szybkość procesów biochem.i przeciwdziała wymywaniu biomasy (↑ produkcyjności)

1. Opisz liofilizację kultur drobnoustrojów (warunki, zastosowanie).

Metoda utrwalania bioproduktów. W biotechnologii najbardziej rozpowszechnioną metodą dehydratacji jest sublimacja (liofilizacja), która jest korzystna dla bioproduktów, jeżeli przebiega w niskiej temperaturze i w krótkim czasie dzięki zastosowaniu podciśnienia. Zalety suszenia sublimacyjnego to: możliwość zachowania struktury materiału suszonego, zachowanie substancji lotnych oraz możliwość otrzymania sterylnego produktu bezpośrednio w opakowaniach jednostkowych.

Warunki procesu suszenia sublimacyjnego powinny być ustalone eksperymentalnie dla każdego materiału suszonego, w zależności od jego właściwości fizycznych. Optymalizacja dotyczy zastosowanego podciśnienia oraz temperatury suszenia. Należy przy tym pamiętać, że podczas sublimacji temperatura warstwy zewnętrznej materiału suszonego jest wyższa od temperatury jego wnętrza.

Właściwy proces suszenia, tj. sublimację, poprzedza zamrożenie materiału suszonego. Może się to odbywać na zasadzie wstępnego zamrażania, stosowanego dla substancji o dużej wilgotności początkowej i łatwo pieniących się, lub samozamrażania, które prowadzi się przy bardzo szybkim ochłodzeniu materiału przy obniżonym ciśnieniu.

1. Suszenie rozpyłowe – wady i zalety, zastosowanie.

• metodę stosuje się w utrwalaniu biomas bakterii, drożdży, preparatów enzymatycznych i antybiotyków

• przy dużym stopniu dyspersji roztworów, odparowanie wody następuje praktycznie momentalnie, dzięki czemu czynnik suszący o wysokiej temperaturze nie powoduje dużych strat ich aktywności

Zalety suszenia rozpyłowego

• wysoka jakość gotowego produktu (biopreparatów z niewielką stratą aktywności biologicznej)

• duża intensywność wymiany ciepła między rozpylanych roztworem a ogrzanym czynnikiem suszącym, zależna od temperatury i wilgotności czynnika suszącego oraz dyspersji roztworu (wielkości kropel)

• możliwość automatycznego sterowania procesem

• odwadniania roztworów systemem ciągłym

Wady tej metody

• mała wydajność odparowania wilgoci w jednostce objętości komory suszenia, co wymusza projektowanie dużych rozmiarów komór

• relatywnie duże jednostkowe zapotrzebowanie na energię

• duże koszty inwestycyjne

1. Omów otrzymywanie ksantanu.

W technologii ksantanu syntetyzowanego są wyodrębnione dwa zasadnicze procesy jednostkowe

- Biosynteza ksantanu, uwzględniająca przygotowanie inokulum i fermentację w bioreaktorze. Proces jest prowadzony metodą okresową w pożywce z glukozą lub sacharozą, azotem i mikroelementami, w 25-34^oC w czasie 40-144h. Bakterie są namnażane w środowisku o pH 7,0. Pożywka jest mieszana z szybkością 200-400 obrotów/min i napowietrzana. W drugiej fazie znacznie zwiększa się lepkość cieczy pofermentacyjnej, utrudniając transport tlenu, co wymusza zwiększenie szybkości mieszania do 1000 obr/min celem utrzymania stężenia tlenu powyżej 10% wartości nasycenia.

- Wydzielenie biopolimeru. Wydzielenie ksantanu z cieczy pofermentacyjnej, zawierającej 10-30g*dm^-3 ksantanu, 1-10g*dm^-3 komórek, 3-10g*dm^-3 niewykorzystanych składników odżywczych i innych metabolitów, jest trudnym i kosztownym procesem poprzedzonym pasteryzacją lub sterylizacją w celu inaktywacji komórek i zwiększenia wydajności biopolimeru. Zbyt wysokie temperatury pasteryzacji są często przyczyną termicznej degradacji ksantanu. Ogrzewanie cieczy pofermentacyjnej w odpowiednich warunkach (80-130^oC, pH 6,3-6,9, 10-20min) zmniejsza jej lepkość, a zwiększa rozpuszczalność ksantanu. Ze względu na dużą lepkość cieczy jest ona rozcieńczana wodą, rozpuszczalnikami organicznymi (np. alkoholami, ketonami) lub roztworami alkoholu o małym stężeniu bądź ogrzewana i filtrowana przez filtr o wielkości porów 0,45μm lub wirowana. Ksantan jest wydzielany ze środowiska w wyniku zmniejszenia rozpuszczalności polimeru metodą odparowania lub przy użyciu rozpuszczalników organicznych mieszających się z wodą,

Po odfiltrowaniu polimeru lub oddestylowaniu rozpuszczalników ksantan jest przemywany mieszaniną izopropanolu i wody, suszony do zawartości 10% wody w procesie okresowym lub ciągłym w warunkach zmniejszonego ciśnienia lub w środowisku gazu obojętnego, mielony i pakowany w opakowania nieprzepuszczające wody.

1. Scharakteryzuj klasyfikację biosensorów.

Podstawowa klasyfikacja bioczujników:

Typ	Zasada działania	Specyficzność
Immunosensor	Detekcja analitu na podstawie specyficznych interakcji przeciwciało-antygen. Możliwość detekcji komórek zwierzęcych, roślinnych, bakteryjnych a także białek i cukrowców.	Duża względem analizowanego składnika w w próbce
Chemoreceptosensor	Detekcja sygnału na podstawie specyficznych oddziaływań między cząsteczką analittu a cząsteczką specjalnie zaprojektowanego chemoreceptora. Możliwość detekcji białek, receptorów i kanałów błonowych.	Głównie rozpoznawane są duże rodziny białek o podobnej strukturze.
Sensor enzymatyczny	W działaniu wykorzystuje katalizę enzymatyczną określonego substratu przez dany enzym. Możliwa detekcja większej ilości substratów w próbce.	Ograniczona przez specyficzność substratową wykorzystanego enzymu.
Sensor DNA	Działanie opiera się na interakcjach pomiędzy specyficznymi sondami molekularnymi a DNA zawartym w analizowanej próbce. Detekcja komórkowego DNA.	Wysoka w względem poszukiwanej próbki.
Sensor tkankowy	Zawiera w części sensorycznej fragment tkanki. Działanie oparte na specyficznych interakcjach między tkanką a analitem.	Niska względem wykrywanych molekuł lub komórek.
Sensor bakteryjny	Jako komponent sensoryczny służą komórki bakteryjne, których genom koduje enzymy katalizujące tworzenie się fluorescencyjnych związków.	Wysoka względem wykrywanych molekuł.

1. Podaj zastosowanie biosensorów w przemyśle spożywczym.

-wykrywanie bakterii salmonelli Biosensory opracowane przez Parka zawierają cząstki fluoroscencyjnego organicznego barwnika przyczepione do przeciwciał salmonelli. Gdy przeciwciała przylegają do bakterii salmonelli, barwnik rozświetla je niczym reflektor czyniąc je łatwymi do rozpoznania.

-wykrywanie akryloamidu/badanie stęzenia

Przykłady zastosowań:

• biosensor DNA, tranzystor polowy DNA

• biosensor tkankowy, plaster banana - służy do wykrywania neurotransmitera dopaminy

• biosensor tkankowy, wycinek kory nadnerczy połączony z elektrodą amoniakalną - służy do analizy glutaminy

• biosensor tkankowy, plasterek płatka kwitnącej magnolii przyczepiony do elektrody gazowej - wykrywa aminokwasy

• biosensor tkankowy, mięsień królika - wykrywa nukleodyd monofosforanu adenozyny

• biosensor tkankowy, pęcherz ropuchy - służy do analizy wazopresyny

• biosensor enzymatyczny, test ciążowy

Biosensory wykorzystuje się również do kontroli żywności m.in. przy identyfikacji organizmów genetycznie zmodyfikowanych. 

1. Utrwalanie biologiczne mięs i produktów mięsnych.

Mlekowa fermentacja	- przedłużenie trwałości poprzez hamowanie rozwoju niepożądanej mikroflory - stabilizowanie barwy - wykształcenie pożądancyh walorów smakowo – zapachowych - nadanie stabilnej konsystencji

1. Scharakteryzuj metody bezwektorowe otrzymywania organizmów roślinnych modyfikowanych genetycznie.

to metody polegające na bezpośrednim wprowadzeniu DNA do komórek roślinnych. Pozwalają one na transformowanie dowolnych roślin. Nim fragment będzie mógł być wprowadzony do komórki gospodarza, ta musi być pozbawiona ściany komórkowej (oprócz mikrowstrzelowania). By to osiągnąć można poddać ją działaniu enzymów degradujących.
Otrzymuje się w ten sposób tzw. protoplast, którego błona komórkowa stanowi koleją barierę dla transgenu, wprowadzanego do komórek z wykorzystaniem jednej z metod, ogólnie podzielonych na fizyczne i chemiczne.
- Elektroporacja, fizyczna - polega na wykorzystaniu serii impulsów elektrycznych, które naruszają strukturę błony, powodując powstanie w niej porów, przez które DNA może przeniknąć do wnętrza komórki.

- Mikrowstrzeliwanie, fizyczna - wykorzystuje mikroskopijne kulki ze złota lub wolframu.Fragmenty DNA które pragnie się wprowadzić do komórek są opłaszczane na tych kulkach, a następnie wstrzeliwane do komórek roślinnych.

- Z użyciem PEG, chemiczna - polega na wykorzystaniu glikolu polietylenowego, który powoduje zwiększenie przepuszczalności błony komórkowej, poprzez prowadzenie do jej chwilowej, odwracalnej dezorganizacji. To pozwala na wniknięcie transgenu do komórek, wraz z DNA nośnikowym.
- Fuzja liposomów - tworzone są liposomy, wewnątrz których są cząsteczki DNA. Tworzy się je poprzez utworzenie podwójnej błony lipidowej na roztworze z cząsteczkami DNA i wstrząsanie nie - powstają wtedy "kuleczki" błonowe z DNA w środku. Liposomy łączą się z protoplastami komórek wprowadzając do środka DNA.
- Mikroiniekcja - polega na wprowadzeniu DNA za pomocą igły mikromanipulatora, doświadczenie wykonywanie jest przez ręcznie człowieka. Metoda praco- i czasochłonna

Rośliny transgeniczne (modyfikowane genetycznie) - przykłady

1. Przedstaw modyfikacje genetyczne surowców roślinnych wpływających na jakość żywności i ułatwiających przetwórstwo.

odmiany rzepaku "dwuzerowego". Nasiona tych odmian nie zawierają związków wolotwórczych, a w składzie frakcji olejowej nie występuje kwas erukowy. Innym przykładem jest wyhodowanie pszenżyta, zboża o dobrej plenności w polskich warunkach klimatycznych oraz dużej przydatności technologicznej. Postęp w biologii molekularnej oraz opanowanie technik inżynierii genetycznej zwiększyło możliwości polepszenia składu chemicznego oraz właściwości roślin stosowanych w technologii żywności.

-wprowadzenie do genomu rośliny genów kodujących biosyntezę białek o korzystniejszej wartości biologicznej i lepszych właściwościach funkcjonalnych, a nawet leczniczych;

Zadaniem biotechnologii jest m.in. zwiększenie i polepszenie tradycyjnej produkcji roślinnej. Dąży się do zwiększenia wydajności plonowania, przez:

-zmniejszenie kosztów i energochłonności produkcji rolnej przez zwiększenie wydajności fotosyntezy (genetycznego doskonalenia enzymów, które powodują asymilacje CO2 oraz białek chloroplastowych, w celu zwiększenia ich poziomu w komórce i aktywności biologicznej);

-zwiększenie biologicznego wiązania azotu i jednoczesne ograniczenie strat azotu w procesach nitryfikacji i denitryfikacji (pszenica, kukurydza) ;

-zwiększenie odporności roślin uprawnych na: chemiczne środki ochrony, niesprzyjające warunki, szkodniki, choroby i herbicydy;

-zwiększenie zawartości aminokwasów niezbędnych w podstawowych frakcjach białek zbóż oraz roślin strączkowych (modyfikacji genów strukturalnych w kierunku wprowadzenia dodatkowych kodonów biorących udział w biosyntezie metioniny lub lizyny);

Kukurydza
- odporność na owady - wszczepiony został gen odpowiedzialny za wytwarzanie białka, które zjadane przez owada niszczy jego przewód pokarmowy co doprowadza do śmierci. Białko to "działa" tylko w organizmach niektórych, ściśle określonych gatunków owadów-szkodników, nie jest aktywne np. u człowieka.
- wytwarzanie substancji używanych do wyrobu leków lub szczepionek,

Ziemniaki
- wzrost zawartości skrobi, ponadto odmiany składające się wyłącznie z amylopektyny - u odmian tradycyjnych 20% skrobi to amyloza, którą usuwa się z ziemniaków przemysłowych co podnosi koszty,
- odporność na herbicydy, stonkę ziemniaczaną, wirusy,
- "słodkie ziemniaki" - wprowadzenie genu odpowiedzialnego za wytwarzanie słodkiego białka - taumatyny,
- odporność na ciemnienie pouderzeniowe - większa trwałość,
- mała zawartość glikoalkaloidów - substancji szkodliwych na człowieka, występujących w surowych ziemniakach.
Pomidory
- spowolnienie dojrzewania, większa trwałość
- większa zawartość suchej masy,
- poprawa smaku (?),
- intensywniejsza barwa, cieńsza skórka.
Truskawki
- wyższa słodkość owoców,
- spowolnienie dojrzewania,
- odporność na mróz.
Soja
- odporność na środki ochrony roślin - hrebicydy,
- odporność na wirusy, herbicydy, szkodniki,
- obniżona zawartość kwasu palmitynowego.
Rzepak
- odporność na herbicydy,
- zmniejszona zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych,
- większa zawartość kwasu lauronowego.
Buraki cukrowe
- odporność na herbicydy i szkodniki,
- dłuższy okres przechowywania bez strat w zawartości cukru.
Ryż
- zwiększona produkcja beta-karotenu, prekursora witaminy A - wszczepione został geny pochodzące z żonkila, modyfikacja w zamierzeniu miała rozwiązać problem braku witaminy A u dzieci w Azji Wschodniej.
Sałata
- produkująca szczepionkę na zapalenie wątroby typu B - można się szczepić jedząc sałatę - została ona opracowana przez naukowców z Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu pod kierownictwem prof. Legockiego.
Bawełna
- odporność na herbicydy i szkodniki.
Pszenica
- zwiększenie zawartości glutenu - lepsza mąka.

1. Przedstaw metody transgenizacji ssaków.

Zwierzęta transgeniczne to takie, którym za pomocą jednej z technik wprowadzono do genomu obcy gen. Obecne zwierzęta transgeniczne: myszy, owce, bydło, świnie, króliki. Metody otrzymywania organizmów transgenicznych można podzielić na dwie grupy. Do pierwszej grupy należą techniki, w których materiał genetyczny jest przekazywany do organizmu za pomocą wektorów. Natomiast druga grupa uzyskiwania organizmów transgenicznych obejmuje techniki bez wykorzystania wektorów np. elektroporacja, mikrowstrzeliwanie, użycie glikolu polietylowego (PEG), fuzja liposomów lub mikroiniekcja.

4 sposoby otrzymywania zwierząt transgenicznych:

• mikroinjekcja DNA do zygoty

• transfer DNA przy pomocy wirusów

• modyfikacja pierwotnych komórek zarodkowych ES (ang. Embryonic Stem Cells)

• transplantacja jąder komórkowyc

Mikroinjekcja DNA do zygoty

Polega na mikroinjekcji DNA (liniowego lub w postaci sztucznych chromosomów) do jednego z przedjądrzy tzn. jednokomórkowego zarod­ka (zygoty) przy pomocy mikrochirurgicznej szkla­nej pipety. Przedjądrza posiadają materiał genetyczny pochodzący od ojca i matki tuż przed połączeniem się w jedno jądro komórkowe. Roztwór DNA wstrzy­kiwany jest do dowolnie wybranego przedjądrza, a następnie nastrzyknięte zygoty hodowane są in vitro do stadium dwukomórkowego. Mikroinjekcję DNA przeżywa około 50% zarodków, które następnie przeszczepiane są do jajowodu samic. Rodzi się około 30% przetransferowanych zarodków, wśród których około 15% posiada w swoim genomie zintegrowany transgen. W metodzie mikroinjekcji integracja wstrzykniętego transgenu do genomu jest losowa i nie ma możliwości wyboru miejsca wbudowania. Ponadto nie można kontrolować liczby kopii transgenu wbudo­wanych w genom, które często układają się tandemowo. Otrzymany osobnik transgeniczny może posiadać transgen we wszystkich komórkach swojego ciała lub może być chimerą (organizm, którego komórki ciała nie są identyczne pod względem genetycznym). Oznacza to, że niektóre komórki posiadają transgen, na­tomiast inne nie. Gdy transgen nie znajduje się w komórkach płciowych założycielskiego osobnika transgenicznego, wtedy nie będzie on przekazywany następnym pokoleniom.Główną zaletą metody mikroinjekcji DNA jest brak ograniczenia rozmiaru wstrzykiwanego DNA. Dokonuje się injekcji DNA pochodzącego z plazmi­dów (ok. 10 kpz), kosmidów (ok. 45 kpz) a także DNA sztucznych chromosomów BAC, YAC (długość frag­mentu DNA sięgająca milionów par zasad).

Transfer DNA przy pomocy wirusów

Metoda polega na infekcji przy pomocy retrowirusów i lentiwirusów. Główną przewagą tej me­tody jest jej wyjątkowo duża wydajność, sięgająca nawet 80% transgenicznego potomstwa. Ponadto retrowirusy i lentiwirusy posiadają zdol­ność integracji do genomu po wniknięciu do komórki. W przypadku retrowirusów głównym ograniczeniem stało się wyciszanie ekspresji genów podczas rozwoju zarodka. Prawdopodobnie wady tej pozbawione są lentiwirusy, stanowiące jedną z klas retrowirusów. Lentiwirusy są zdolne do infekcji dzie­lących się oraz nie dzielących się komórek. Z tego powodu znalazły szerokie zastosowanie jako wektory w terapiach genowych. Do otrzymania zwierząt transge­nicznych z zastosowaniem lentiwirusów wykorzystano dwie metody: infekcje jednokomórkowych zarodków oraz infekcje pierwotnych komórek zarodkowych ES.

Modyfikacja pierwotnych komórek zarodkowych ES

Metoda ta pozwala na precyzyj­ną modyfikację badanego genu lub miejsca w geno­mie. Komórki ES izolowane są z blastocysty (wczesny etap rozwoju zarodka), dzięki czemu otrzy­muje się komórki niezróżnicowane, które posiadają zdolność wbudowywania się do tkanek rozwijającego się zarodka po ponownym wprowadzeniu do blastocy­sty. W metodzie tej komórki ES modyfikowane są in vi­tro w bardzo precyzyjny sposób. Podstawową techniką wprowadzania genów do komórek ES jest elektropora­cja, ale także wykorzystuje się lipofekcję oraz metodę wapniową. Aby uzyskać pożądane miejsce integracji wprowadzany fragment DNA zawiera sekwencję genu selekcyjnego otoczoną przez sekwencje homologiczne do modyfikowanego genu. W jądrze komórki następuje rozpoznanie sekwencji otaczających i wymiana geno­mowej sekwencji na sekwencję wprowadzaną. Wprowadzenie „obcego DNA” wyłącza pra­widłowe funkcjonowanie tego genu w komórce, dzięki czemu uzyskuje się komórkę z wyłączonym genem tzw. knock-out. Ekspresja genu selekcyjnego (znajdująca się na wprowadzonym DNA) pozwala wybrać tylko te ko­mórki-klony, w których nastąpiła właściwa wymiana (homologiczna rekombinacja). Komórkę, w której nastąpiła wymiana i wyłączenie interesującego nas genu namnaża się w odpowiednich warunkach selekcyjnych. Komórki potomne następnie transferuje się do blastocysty, w której zmodyfikowane komórki ES łączą się z nie zmodyfikowanymi komórka­mi zarodka tworząc jeden organizm. Otrzymana chime­ra posiada część komórek ze zmienionym genotypem, czyli z wyłączonym genem knock-out. Jeżeli komórki ES knock-out zasiedlą tzw. sznury płciowe, czyli komór­ki rozrodcze, to taki osobnik będzie mógł przekazać nową cechę knock-out genu następnemu pokoleniu. Potomstwo osobników chimerowych jest heterozygo­tyczne i dopiero po skrzyżowaniu dwóch heterozygot można otrzymać osobnika homozygotycznego z całko­wicie wyłączonym genem (knock-out) na obu chromo­somach homologicznych. Opisana metoda możliwa jest do zastoso­wania jedynie u myszy.

Transplantacja jąder komórkowych

Istnieje inna droga otrzymywania osobników z wyłączonym genem typu knock-out. Wykorzystuje ona technikę transplantacji jąder komórkowych. Technika taka określana jako klonowanie somatyczne została wykorzystana do otrzymania owcy Dolly. W metodzie tej można wykorzystać wie­le rodzajów komórek somatycznych, które w hodowli mogą być modyfikowane w podobny sposób jak mysie komórki ES. Po otrzymaniu komórek zmodyfikowa­nych np. typu knock-out, jedną z nich umieszcza się w pobliżu oocytu, z którego wcześniej mikrochirurgicznie usunięto jądro komórkowe. Następnie łączy się obie komórki w procesie elektrofuzji, poddając je dzia­łaniu pola elektrycznego. W ten sposób otrzymujemy jednokomórkowy zarodek, którego rozwój kierowany jest na początku przez składniki zawarte w cytopla­zmie oocytu, a następnie funkcję rozwoju przejmuje jądro komórki somatycznej. Jeżeli komórka ta została wcześniej zmodyfikowana np. poprzez knock-out genu, zmiana ta obecna będzie w każdej komórce powstałego organizmu.